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3 차시,
핵력 및 핵의 안정성
※ 양성자간 쿨롱력(반발력)은 원거리에 작용하는 힘.
원자의 이해 원자, 원자핵
핵력,
원자핵의 안정성 원자질량단위
(AMU)
질량결손, 결합에너지 원자의 들뜸과
전리
• 원자번호 Z, N이 2, 8, 20, 28, 50, 82 및 126을 가질 때 특별히 안정 : - 마법수(magic number)
• Z<N에서는 중성자가 차츰 많아져 N≒ Z x 1.5 일 때 안정된 핵종 영역
- 이중선 : 마법수 핵종 - 점선 : Z=N
(Z≤20 영역 Z=N의 선상에 분포)
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원자핵의 안정성
- 핵자당 결합에너지가 크다
원자핵의 안정성 전제 조건
아인쉬타인의 상대성 이론(질량-에너지 등가 이론)
안정한 원자의 총 질량은 핵자간의 질량합보다 항상 작다.
질량 결손 만큼 결합에너지로 보존된다.
☞ 질량도 에너지의 한 형태
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질량결손(mass defect) 및
핵의 결합에너지(nuclear binding energy)
원자의 이해 원자, 원자핵
핵력,
원자핵의 안정성 원자질량단위
(AMU)
질량결손, 결합에너지
질량-에너지 등가법칙(아인쉬타인의 상대성 이론) - 질량과 에너지는 서로 독립할 수 있는 개념이 아니라
질량은 에너지로, 에너지는 질량으로 전환
질량결손
안정한 원자(핵)은 그 구성입자들의 합보다 항상 작은 질량을 가짐
- 핵의 질량결손 ∆𝒎 = [𝒁𝒎
𝒑
+ 𝑵𝒎𝒏
] − 𝒎(𝑨, 𝒁) - 원자의 질량결손∆𝒎 = [𝒁𝒎
𝒑
+ 𝑵𝒎𝒏
+ 𝒁𝒎𝒆
] − 𝑴(𝑨, 𝒁)원자의 들뜸과 전리
핵의 결합에너지(nuclear binding energy)
핵의 결합에너지
핵의 질량결손에 상당하는 에너지
𝑬 𝒃 = ∆𝒎𝒄 𝟐 = { 𝒁𝒎 𝒑 + 𝑵𝒎 𝒏 − 𝒎 𝑨, 𝒁 }𝒄 𝟐 ※ 핵을 분리하려면, 결합에너지 이상의 외부 에너지 필요.
예) 탄소-12: 92.16 MeV, Bi-209: 1,640 MeV
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1u를 에너지단위로 환산하면,
E = mc2 = 1.6605 x 10-27 ㎏ × (2.9979×108 m/sec)2 = 1.429242×10-10 J = 931.5 MeV
따라서 1u = 931.5 MeV
핵자당 결합에너지
① 핵자1개당 결합에너지 = E B /A
② 핵자당 결합에너지는 A≒60 부근에서 가장 크다.
( 56 Fe이 최대)
원자의 이해 원자, 원자핵
핵력,
원자핵의 안정성 원자질량단위
(AMU)
질량결손, 결합에너지 원자의 들뜸과
전리
e
e e
e
e e
e e
e
e
e
e e
e
e
e e
e
e
여기/들뜸
(Excitation)
e
전 리(Ionization) 공기 원자의 이온화 퍼텐셜(W air )=34eV
전리와 여기
비전리방사선은 Χ선, γ선 등의 전자파(Χ선, γ선은 입자성(粒子性)을 가지고 있으므로 입자로 보는 경우는 광자라고 한다) 및 중성자선, 원자와 상호작용해서 그때 하전입자를 물질로부터 방출시킨다.
- 예를 들면 광자는 전자를, 중성자는 양자를 방출시킨다. 뉴트리노(중성미자) 는 β붕괴시 전자와 쌍을 이루어 방출된다. 이들 입자선의 질량은 극히 작으 며 전하를 가지지 않기 때문에 물질과의 상호작용은 일어나기 어렵지만 전 리를 일으키므로 간접전리성방사선이라고도 불린다.
직접 전리와 간접 전리
직접전리방사선은 전하(電荷)를 가지는 입자선(α선, β선 등)으로, 원자의 궤도전자 및 분자에 속박된 전자에 전기적인 힘을 미치게 해서 전리를 일으킴
