Итак, в одном из своих прошлых постов я упомянул, что масса атома (например, рубидия) всегда несколько меньше, чем сумма масс протонов, нейтронов и электронов. Особенно хорошо это показывается на примере атома фтора-19. По идее, сумма масс протонов и нейтронов равна 19, однако масса атома равна 18,998 а.е.м. Из-за чего это может происходить?
Для более продвинутых пользователей, которые скажут, что в таблице Менделеева, откуда взяты эти цифры, масса атома считается с поправкой на содержание ещё, например, какого-нибудь фтора-18, я могу сказать то, что фтор в природе содержится только с массовым числом 19, такова его особенность.
Давайте начнём издалека. Нуклоны в ядре притягиваются друг к другу с помощью сильного ядерного взаимодействия. Нам сейчас неважно, что это такое, просто нужно понимать, что соединённые в ядро нуклоны находятся в более стабильном, энергетически выгодном состоянии. А что бывает, когда материя переходит в более стабильное состояние? Отдаёт энергию! Например, водяной пар при охлаждении выделяет довольно много энергии, из-за чего ожоги такие весьма болезненны и опасны. Значит, при соединении в ядро выделяется довольно много энергии. Но, как завещал дедушка Эйнштейн, изменение энергии пропорционально квадрату изменения массы, помноженному на скорость света. А, поскольку энергии выделяется ОЧЕНЬ много, теряется масса. Данное явление получило название "дефект массы"
Рассчитаем, какое количество энергии выделится при синтезе 19 граммов (1 моль) ядер фтора-19 из нуклонов. Масса 1 протона - 1.00727647 а.е.м. (позже расскажу, что это за величина). Масса нейтрона - 1.00866501 а.е.м. А значит, по идее, масса ядра должна быть равна 19.1521 а.е.м. Однако она равна 18.9984. Одно ядро теряет 0,1537 а.е.м, 19 граммов теряют 0,1537 граммов. Значит, 19 граммов фтора при синтезе из нуклонов выделяют 13813900000000 джоулей. Примерно столько энергии нужно для того, чтобы растопить сорок с половиной миллионов килограммов льда. Это больше двух третей мировых запасов, содержащихся в ледниках и в горах. Вот она - сила термоядерного синтеза!