Fisica nucleare

Energia di legame

Il protone ed il neutrone hanno una massa quasi uguale (circa una unità atomica) con una piccola differenza rilevabile solo con più cifre significative.

massa del protone mp = 1,6725 10-27 kg

massa del neutrone mn = 1,6748 10-27 kg

deuterio (3K)

Il deuterio o idrogeno pesante è un isotopo del'idrogeno (molto più raro dell'idrogeno usuale) il cui nucleo è formato da un protone e un neutrone. La massa del deuterio è però leggermente inferiore alla somma delle masse delle due particelle libere. Il difetto di massa vale

dm = -0,0039 10-27 kg = -2,22 MeV

Per la teoria della relatività il difetto di massa corrisponde ad una diminuzione di energia. I nucleoni legati nel nucleo si trovano in una buca energetica. La barriera di energia che essi devono superare per liberarsi è l'energia che tiene insieme il nucleo.

Si chiama energia di legame l'energia necessaria per rompere il legame che tiene insieme i protoni e i neutroni nel nucleo.
energia_legame (8K)

L'energia di legame del deuterio è di 2,22 MeV, pari a 1,11 MeV per ogni nucleone. L'energia di legame per nucleone non è sempre costante, ma varia in funzione del numero di massa, come si può vedere dal grafico qui accanto. Si può notare che l'energia di legame aumenta per gli elementi leggeri (il picco è in corrispondenza dell'elio 4 (particelle α), configurazione particolarmente stabile.

Dove l'energia di legame è più elevata, le barriere energetiche sono più alte e il nucleo è più stabile.

Se per disaggregare un nucleo leggero si deve fornire energia, il processo inverso (aggregazione) libera energia, in quanto le particelle cadono in uno stato di energia minore.

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Si può ottenere energia aggregando nuclei di elementi leggeri (fusione nucleare)

L'energia di legame ha un massimo in corrispondenza del ferro 56 e poi decresce lentamente verso gli elementi più pesanti. Agli elementi più pesanti corrisponde un livello energetico maggiore rispetto a quelli intermedi.

Si può ottenere energia spezzando nuclei pesanti e creando nuclei di massa intermedia (fissione nucleare)

Copyleft Ludovica Battista