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(что 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 [ править ]
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 пункта 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 ), а превышения 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, так как интерес чаще проявляется 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 [ править ]
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 масса236,045 563 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 составляет0,179 000 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 дает166,737 МэВ .
Ссылки [ править ]
- 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 [ править ]
- Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Wang, M .; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
