Если энергия связи (из-за дефекта массы) по существу представляет собой сильную ядерную силу, поддерживающую ядро, почему она высвобождается?

Я знаю, что при ядерном синтезе легких элементов и ядерном делении тяжелых элементов результирующие элементы имеют меньшую массу, чем исходные реагирующие элементы (т.е. дефект массы) из-за различий в их энергиях связи на нуклон. Это то, что позволяет им высвобождать энергию.

Теперь, насколько я понял из чтения в Интернете, этот дефект массы возникает из-за сильного ядерного взаимодействия — часть массы нуклонов используется для формирования сильного ядерного взаимодействия, чтобы сохранить ядро ​​неповрежденным.

Итак, если дефект массы по существу равен энергии связи ядра, а эта энергия равна сильному ядерному взаимодействию, удерживающему ядро ​​вместе, почему эта энергия высвобождается в качестве полезной энергии после деления/синтеза? Разве это не та энергия, которая поддерживает целостность ядра? Как он может высвобождаться и при этом покидать ядро ​​под влиянием сильного ядерного взаимодействия?

Если гравитационный потенциал — это, по сути, гравитация, удерживающая планету вместе, почему он высвобождается, когда мы роняем книгу на пол?
@JonCuster, когда вы подняли книгу, вам пришлось использовать энергию, чтобы выполнить эту работу против гравитации. Та энергия, которую вы дали, затем проявилась в потенциальной энергии в книге, которая затем превратилась в кинетическую энергию, когда вы ее уронили. Итак, вы отдали что-то (работу) и в итоге получили кинетическую энергию. В случае энергии связи нуклоны отдают свою массу и получают сильное ядерное взаимодействие - энергию связи. Так почему же в конце концов есть полезная энергия? Разве это не должно быть просто преобразованием массы в сильное ядерное взаимодействие без остатка энергии, вызывающей тепло?
Ядра, которые могут делиться на части дальше по кривой связи — природа сделала их такими, чтобы они могли упасть на землю, и эту энергию необходимо высвободить. Точно так же слияние (некоторых) ядер позволяет им сформировать ядро, более тесно связанное, так что, опять же, вы высвобождаете потенциальную энергию.

Ответы (3)

Вы, кажется, предполагаете, что энергия, необходимая для поддержания «целостности» ядер, пропорциональна количеству нуклонов, которое (примерно) одинаково до и после деления/синтеза.

В общем, физические модели ядра понять непросто. Но так называемая «жидкокапельная модель» дает некоторую интуицию в этом вопросе. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Полуэмпирическая_массовая_формула .

В этой модели одним из факторов является то, что площадь поверхности ядер до и после слияния/деления не одинакова . Но это влияет на общую энергию, потому что нуклоны на поверхности «чувствуют» другую связь, чем нуклоны внутри ядра, сравнимую с молекулами в капле воды. Как и в воде, это создает поверхностное натяжение, также называемое поверхностной энергией .

Таким образом, включая многие другие эффекты, модель капли воды довольно хорошо воспроизводит массы атомных ядер.

Ядро удерживает вместе тот факт, что энергия связи отрицательна . Чем отрицательнее энергия связи, тем стабильнее ядро.

В реакциях синтеза или деления конечные ядра более стабильны, чем исходные, и, следовательно, имеют более отрицательную энергию связи. Положительный баланс (отрицательный минус более отрицательный ) освобождается.

Подробности о том, насколько отрицательной является эта энергия, Хармут Браун дал вам некоторые объяснения, которые в основном верны. Но на самом деле все намного сложнее. Эти детали важны для того, чтобы точно рассчитать , сколько энергии высвобождается, но не для того, чтобы ответить на ваш вопрос.

Основная идея заключается в том, что если вы начинаете со слабо связанных ядер (дейтерий и тритий для синтеза против урана или плутония для синтеза) и заканчиваете более сильно связанными (гелий против продуктов деления), высвобождается энергия.

Только 1% массы исходного ядра высвобождается в виде энергии деления, в основном в виде кинетической энергии элементов деления, которые разлетаются со скоростью 3% скорости света.

Остальные дочерние ядра имеют 99% массы исходного ядра, но дочерние ядра все еще не повреждены, что означает, что внутри них все еще существует сильное взаимодействие, которое удерживает их как единое целое.

Пожалуйста, посмотрите этот ответ:

Почему при реакциях деления выделяется энергия?