Значение Q (ядерная наука)

В ядерной физике и химии , то Q значение для реакции является количество энергии , поглощаемой или отпущена во время ядерной реакции. Значение относится к энтальпии химической реакции или энергии продуктов радиоактивного распада. Его можно определить по массам реагентов и продуктов. Значения Q влияют на скорость реакции. В общем, чем больше положительное значение Q для реакции, тем быстрее протекает реакция и тем более вероятно, что реакция будет «благоприятствовать» продуктам.

{\ Displaystyle Q = (m_ {r} -m_ {p}) \ cdot 931 \; {\ text {МэВ}}}

где массы выражены в атомных единицах массы . Также оба и представляют собой суммы масс реагента и продукта соответственно. ${\ displaystyle m_ {r}}$ ${\ displaystyle m_ {p}}$

Определение [ править ]

Сохранение энергии между начальной и конечной энергией ядерного процесса ( ) позволяет дать общее определение Q на основе эквивалентности массы и энергии . Для любого распада радиоактивной частицы разность кинетической энергии будет выражаться как: ${\ displaystyle E _ {\ text {i}} = E _ {\ text {f}}}$

{\ displaystyle Q = K _ {\ text {f}} - K _ {\ text {i}} = (m _ {\ text {i}} - m _ {\ text {f}}) c ^ {2}}

где K обозначает кинетическую энергию массы m . Реакция с положительным значением Q является экзотермической , то есть имеет чистое высвобождение энергии, поскольку кинетическая энергия конечного состояния больше, чем кинетическая энергия начального состояния. Реакция с отрицательным значением Q является эндотермической , т.е. требует ввода чистой энергии, поскольку кинетическая энергия конечного состояния меньше кинетической энергии начального состояния. ^[1] Обратите внимание, что химическая реакция экзотермична, когда она имеет отрицательную энтальпию реакции, в отличие от положительного значения Q в ядерной реакции.

Значение Q также может быть выражено через энергии связи ядерных частиц как:

${\ displaystyle Q = B_ {f} -B_ {i}}$

Доказательство: обратите внимание, что количество нуклонов сохраняется в ядерной реакции. Следовательно, общее количество протонов реагента = общее количество протонов продукта и общее количество нейтронов реагента = общее количество нейтронов продукта. Следовательно, сумма энергии связи и энергии массы покоя ядер реагента и продуктов одинакова. Другими словами, . Доказательство завершено с использованием первого соотношения ( ). ${\ displaystyle B_ {i} + m_ {i} c ^ {2} = B_ {f} + m_ {f} c ^ {2}}$ ${\ displaystyle Q = (m _ {\ text {i}} - m _ {\ text {f}}) c ^ {2}}$

Приложения [ править ]

Химические значения Q измеряются калориметрически . Экзотермические химические реакции имеют тенденцию быть более спонтанными и могут излучать свет или тепло, что приводит к неуправляемой обратной связи (например, взрывам).

Значения Q также используются в физике элементарных частиц . Например, правило Сарджента гласит, что скорость слабой реакции пропорциональна Q ⁵ . Значение Q - это кинетическая энергия, выделяющаяся при распаде в состоянии покоя. При распаде нейтрона некоторая масса исчезает, когда нейтроны превращаются в протон, электрон и антинейтрино: ^[2]

{\ displaystyle Q = (m _ {\ text {n}} - m _ {\ text {p}} - m _ {\ mathrm {\ overline {\ nu}}} -m _ {\ text {e}}) c ^ { 2} = K _ {\ text {p}} + K _ {\ text {e}} + K _ {\ overline {\ nu}} = 0,782 ~ {\ text {МэВ}} ~,}

где m _n - масса нейтрона , m _p - масса протона , m _ν - масса электронного антинейтрино , а m _e - масса электрона ; и K - соответствующие кинетические энергии. У нейтрона нет начальной кинетической энергии, так как он находится в состоянии покоя. В бета-распаде типичное значение Q составляет около 1 МэВ.

Энергия распада распределяется между продуктами непрерывным образом для более чем 2 продуктов. Измерение этого спектра позволяет определить массу продукта. Эксперименты изучают спектры излучения для поиска безнейтринного распада и массы нейтрино; это принцип продолжающегося эксперимента KATRIN .

См. Также [ править ]

Примечания и ссылки [ править ]

^ KS Крейн (1988). Введение в ядерную физику . Джон Вили и сыновья . п. 381. ISBN. 978-0-471-80553-3.
^ BR Мартин и Г. Шоу (2007). Физика элементарных частиц . Джон Вили и сыновья . п. 34 . ISBN 978-0-471-97285-3.

Внешние ссылки [ править ]

Структура ядра и Decay данные - МАГАТЭ с запросом на распады Q -значении
просто продемонстрирует эквивалентность массы и энергии

Эта статья о химии незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

Эта статья по ядерной физике или атомной физике незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

Эта статья, посвященная физике элементарных частиц, является незавершенной . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[Krane-1] KS Крейн (1988). Введение в ядерную физику . Джон Вили и сыновья . п. 381. ISBN. 978-0-471-80553-3.

[Martin-2] BR Мартин и Г. Шоу (2007). Физика элементарных частиц . Джон Вили и сыновья . п. 34 . ISBN 978-0-471-97285-3.

[1]