A kötési energia



Ha a magot alkotó nukleonok saját tömegét összeadjuk, akkor nagyobb értéket kapunk, mint a mag tömege. Ez a jelenség a tömegdefektus (tömeghiány). Képlettel:

E tényhez tartozik még egy kísérleti tapasztalat. Például, amikor egy deutériummag létrejön, ami egy protonból és egy neutronból áll, azaz a nukleonok kölcsönhatásba kerülnek, egy igen nagy energiájú elektromágneses foton távozik el, tehát a folyamat energiafelszabadulással jár. Összetett magoknál a nukleonok beépülése természetesen több lépcsőben zajlik. A folyamatot megfordíthatjuk. Ha a nukleonokat újra szét akarjuk szakítani, azaz a kötéseket felbontani, akkor ehhez az elektromágneses sugárzás által elvitt energiát kell befektetnünk.

A magyarázat a relativitáselméletben megfogalmazott tömeg-energia kapcsolat segítségével adható meg. A hiányzó tömegnek megfelelő energiát a keletkező és eltávozó fotonok viszik magukkal.


A tömeghiánynak megfelelő energia a kötési energia:


A tömeg-energia ekvivalenciájának elve alapján tehát a folyamatok tömeg és energia egységekben is leírhatók.

A kötési energiát elosztva a tömegszámmal megkapjuk az egy nukleonra jutó átlagos kötési energiát, a fajlagos kötési energiát.

Az atommag energiáját az előzőek alapján általában a következő módon jellemezzük. Zérus potenciális energiájú állapotnak tekintjük a nukleonok szabad állapotát. Ha a nukleonok atommaggá kapcsolódnak össze, akkor a mag együttes energiája a kötési energiának megfelelő értékkel csökken a zérus alá, vagyis negatív. Ebből az állapotból természetesen pozitív energiabefektetéssel tudjuk a nukleonokat kiszakítani. Ez az energiabefektetés éppen a kötési energiának felel meg, vagyis a kötési energia pozitív érték. A mag létrejötte pozitív energiafelszabadulással jár.

Minél nagyobb az egy nukleonra jutó kötési energia, annál mélyebb az egy nukleonra jutó teljes energia, vagyis annál kötöttebbek a nukleonok. Ezt a szemléletet fejezi ki a grafikon ábrázolása.