Избыток массы - Mass excess

Избыток массы из нуклида представляет собой разность между его фактической массой и ее массовым числом в атомных единицах массы . Это один из преобладающих методов подсчета ядерной массы. Масса атомного ядра хорошо аппроксимируется (разница менее 0,1% для большинства нуклидов) его массовым числом, что указывает на то, что большая часть массы ядра возникает из массы составляющих его протонов и нейтронов . Таким образом, избыток массы является выражением ядерной энергии связи , по сравнению с энергией связи на нуклон из углерода-12 (который определяет атомную единицу массы). Если избыток массы отрицательный, ядро ​​имеет больше энергии связи, чем 12 C, и наоборот. Если ядро ​​имеет большой избыток массы по сравнению с близлежащими ядерными частицами, оно может радиоактивно распадаться , высвобождая энергию.

Энергетическая шкала ядерных реакций

Стандарт 12 C позволяет рассматривать ядерную массу в атомных единицах массы для определения избыточной массы. Однако его полезность возникает при расчете кинематики ядерных реакций или распада. Лишь небольшая часть полной энергии, связанной с атомными ядрами по эквивалентности массы и энергии , порядка 0,01% - 0,1% от общей массы, может быть поглощена или высвобождена в виде излучения. Таким образом, работая в терминах избыточной массы, можно эффективно удалить большую часть изменений массы, возникающих в результате простого переноса или высвобождения нуклонов, делая более очевидным масштаб чистой разницы в энергии.

Кинематика ядерных реакций обычно выполняется в единицах, включающих электрон-вольт , что является следствием технологии ускорителей . Комбинация этого практического момента с теоретическим соотношением E = mc 2 делает единицы мегаэлектронвольт в квадрате скорости света (МэВ / c 2 ) удобной формой для выражения массы ядра. Однако численные значения ядерных масс в МэВ / c 2 довольно велики (даже масса протона составляет ~ 938,27 МэВ / c 2 ), в то время как избыточные массы составляют десятки МэВ / c 2 . Это делает табличное превышение массы менее громоздким для использования в расчетах. Стоит отметить один тривиальный момент: член 1 / c 2 обычно опускается при цитировании значений избыточной массы в МэВ, поскольку интерес чаще возникает в энергии, а не в массе; если бы кто-то хотел единицы массы, можно было бы просто изменить единицы с МэВ на МэВ / c 2, не изменяя числовое значение.

Пример

Рассмотрим деление ядра из 236 U в 92 Kr, 141 Ba, и трех нейтронов.

236 U → 92 Kr + 141 Ba + 3 n

Массовое число реагента, 236 U, является 236. Поскольку фактическая масса 236,045 563   ед. , Избыток массы + 0,045 563  ед . Рассчитанный таким же образом избыток массы продуктов 92 Kr, 141 Ba и трех нейтронов равен −0,073 843  ед. , −0,085 588  u и 3 × 0,008 665  ед. = + 0,025 994  ед. Соответственно при общем превышении массы −0,133 437  ед . Разница между массовым избытком реагентов и продуктов составляет 0,179 000  ед. , Что показывает, что массовый избыток продуктов меньше, чем у реагентов, и поэтому может происходить деление - расчет, который также можно было бы сделать только с массами реагентов.

Избыток массы можно преобразовать в энергию, используя 1 u = 931,494  МэВ / c 2 и E = mc 2 , что дает 166,737 МэВ .

Рекомендации

  • Крейн, К. С (1987). Введение в ядерную физику . Джон Вили и сыновья . ISBN   0-471-80553-X .
  • Типлер, П. А; Ллевеллин, РА (2004). Современная физика . WH Freeman and Company . ISBN   0-7167-4345-0 .

Внешние ссылки