Еквивалентност маса–енергия

Еквивалентността на маса и енергия означава, че масата в покой е част от енергийното съдържание на системата. За система в покой E₀=mc², затова малки масови разлики в ядрената физика могат да съответстват на измерими енергии в MeV.

E=mc² описва енергията в покой

E₀=mc². За движеща се частица пълната релативистична връзка е E²=(pc)²+(mc²)².

При ядрена реакция трябва да се запазят едновременно общата енергия и общият импулс.

E=mc² описва енергията в покойΔmΔEΔE = Δmc²
E=mc² описва енергията в покой — E₀=mc² . За движеща се частица пълната релативистична връзка е E²=(pc)²+(mc²)² .

Атомната единица маса е удобна в ядрените сметки

Една u съответства приблизително на 931,5 MeV/c². Следователно Δm в u лесно се превръща в ΔE=Δmc².

Това прави точните изотопни маси директно полезни за реакционните енергии.

Преобразувател маса–енергия

Q-стойността сравнява началното и крайното състояние

Q=(m_нач−m_край)c². Положително Q означава налична енергия за кинетично движение или лъчение, а отрицателно Q — необходим вход на енергия.

Атомните или ядрените маси трябва да се използват последователно, особено при различен електронен баланс.

Q-стойността сравнява началното и крайното състояниепроменливаотговорQ = Δmc²физична зависимост
Q-стойността сравнява началното и крайното състояние — Q=(m_нач−m_край)c² . Положително Q означава налична енергия за кинетично движение или лъчение, а отрицателно Q — необходим вход на енергия.

Масовият дефект и свързващата енергия са едно енергийно счетоводство

Свързаното ядро има по-малка маса от свободните нуклони и разликата е свързваща енергия.

Q обаче сравнява всички части на целите начални и крайни състояния, не само една свързваща енергия.

Решени примери

1. Разлика в u

Δm=0,0020 u.

Решение

ΔE≈1,86 MeV.

2. Разлика в kg

Δm=1,0×10⁻¹² kg.

Решение

ΔE≈9,0×10⁴ J.

3. Отрицателно Q

Продуктите са по-тежки с 0,0050 u.

Решение

Q≈−4,66 MeV.

Положителната Q-стойност е енергийно условие, но не гарантира бърза реакция. Кулонови бариери, квантови числа и правила за преход могат силно да ограничат вероятността. Наличната енергия се разпределя между кинетични енергии, фотони и възбуждане така, че да се запази импулсът.

Ядрените изчисления са чувствителни към определенията и към това кои частици принадлежат на началното и крайното състояние. Масовото число A е цяло число, което брои нуклоните, докато табличната атомна маса е измерена маса, включваща и електрони. Затова атомни и ядрени маси не трябва да се смесват без корекция. Най-сигурно е първо да се запише цялата реакция или преход, да се проверят A, Z и електричният заряд и едва после да се прави масов и енергиен баланс. Положителната Q-стойност показва, че крайното състояние е енергийно достъпно, но сама не определя скоростта. Тунелиране, слабо взаимодействие, електромагнитни правила за преход и достъпни възбудени нива определят вероятностите. Измереното лъчение и периодът на полуразпад се тълкуват заедно със законите за запазване, не вместо тях.