Nadmiar masy - Mass excess

Nadmiar masy z izotopu jest różnicy między rzeczywistą masą i jej numeru masowego w atomowych jednostek masy . Jest to jedna z dominujących metod tworzenia tabeli masy jądrowej. Masa jądra atomowego jest dobrze przybliżona (mniej niż 0,1% różnicy dla większości nuklidów) jego liczbą masową, co wskazuje, że większość masy jądra powstaje z masy składowych protonów i neutronów . Tak więc, nadmiar masy jest wyrazem jądrowej energię wiązania , w odniesieniu do energii wiązania na nukleon z atomem węgla-12 (który określa jednostki masy atomowej). Jeśli nadmiar masy jest ujemny, jądro ma więcej energii wiązania niż 12 C i odwrotnie. Jeśli jądro ma duży nadmiar masy w porównaniu z pobliskim gatunkiem jądrowym, może radioaktywnie rozpadać się , uwalniając energię.

Skala energetyczna reakcji jądrowych

Standard 12 C sprawia, że ​​przydatne jest rozważenie masy jądrowej w jednostkach masy atomowej w celu zdefiniowania nadmiaru masy. Jednak jego przydatność pojawia się przy obliczaniu kinematyki reakcji jądrowej lub rozpadu. Tylko niewielki ułamek całkowitej energii związanej z jądrami atomowymi w równoważności masowo-energetycznej , rzędu 0,01% do 0,1% całkowitej masy, może zostać zaabsorbowany lub uwolniony jako promieniowanie. W ten sposób pracując w kategoriach nadmiaru masy, skutecznie usunięto wiele zmian masy, które powstają w wyniku samego transferu lub uwolnienia nukleonów, czyniąc bardziej oczywistą skalę różnicy energii netto.

Kinematyka reakcji jądrowych jest zwykle wykonywana w jednostkach obejmujących elektronowolt , co jest konsekwencją technologii akceleratorów . Połączenie tego praktycznego punktu z teoretyczną zależnością E = mc 2 sprawia, że ​​jednostki mega elektronowoltów nad prędkością światła do kwadratu (MeV / c 2 ) są wygodną formą wyrażenia masy jądrowej. Jednak wartości liczbowe mas jądrowych w MeV / c 2 są dość duże (nawet masa protonów wynosi ~ 938,27 MeV / c 2 ), podczas gdy nadmiary mas sięgają dziesiątek MeV / c 2 . To sprawia, że ​​tabelaryczny nadmiar masy jest mniej kłopotliwy do wykorzystania w obliczeniach. Jednym z trywialnych punktów wartych odnotowania jest to, że człon 1 / c 2 jest zwykle pomijany przy podawaniu wartości nadwyżki masy w MeV, ponieważ częściej chodzi o energię, a nie masę; gdyby ktoś chciał jednostek masy, po prostu zmieniłby jednostki z MeV na MeV / c 2 bez zmiany wartości liczbowej.

Przykład

Rozważmy rozszczepienia jądrowego z 236 U do 92 kr, 141 Ba i trzy neutronów.

236 U → 92 Kr + 141 Ba + 3 n

Liczba masowa reagenta, 236 U, wynosi 236. Ponieważ rzeczywista masa to 236,045 563   u , jego nadwyżka masy wynosi + 0,045 563  u . Obliczony w ten sam sposób nadmiar masy produktów, 92 Kr, 141 Ba i trzy neutrony, wynosi −0,073 843  u , −0,085 588  u i 3 × 0,008 665  u = + 0,025 994  u , odpowiednio, dla całkowitego nadwyżki masy wynoszącej −0,133 437  u . Różnica między nadmiarem masy reagentów i produktów wynosi 0,179 000  u , co pokazuje, że nadwyżka masowa produktów jest mniejsza niż w przypadku reagentów, a zatem może nastąpić rozszczepienie - obliczenie, które można było wykonać tylko z uwzględnieniem mas reagentów.

Nadmiar masy można przekształcić w energię za pomocą 1 u = 931,494  MeV / c 2 i E = mc 2 , dając 166,737 MeV .

Bibliografia

  • Krane, K. S (1987). Wstęp do fizyki jądrowej . John Wiley & Sons . ISBN   0-471-80553-X .
  • Tipler, P. A; Llewellyn, RA (2004). Fizyka współczesna . WH Freeman and Company . ISBN   0-7167-4345-0 .

Linki zewnętrzne