Masse-energi-ækvivalens
Masse-energi-ækvivalens betyder, at hvilemasse er en del af et systems energiregnskab. For et system i hvile gælder E₀ = mc². I kernefysik kan meget små forskelle mellem den samlede hvilemasse før og efter en proces svare til direkte målbare energier.
Hvileenergi og total relativistisk energi
E = mc² er relationen for hvileenergi. For en partikel i bevægelse gælder E² = (pc)² + (mc²)². I kernereaktioner bevares total energi og impuls samlet; hvilemasse behøver ikke at være bevaret som en selvstændig størrelse.
Q-værdien angiver energibalancen
Q = (mstart − mslut)c²
1 u·c² ≈ 931,5 MeV
Q = (mstart − mslut)c². Med atomare masseenheder er 1 u·c² ≈ 931,5 MeV. Q > 0 betyder frigivet energi; Q < 0 kræver energitilførsel. Ved projektilreaktioner kan impulsbevarelse gøre tærskelenergien større end |Q|.
Massedefekt-omregner
Hvorfor c² gør små masseforskelle vigtige
Lysets hastighed i anden er en enorm omregningsfaktor i SI-enheder. Derfor kan en masseændring langt under almindelig vejenøjagtighed svare til MeV-skala kernenergi. Kemisk binding ændrer også masse, men den relative ændring er langt mindre.
Fusion og fission følger samme regnskab
Både fusion og fission kan frigive energi, når produkterne er stærkere bundet og har lavere samlet hvilemasse end startsystemet. Den “manglende masse” findes som bevægelse, stråling eller excitation. Opvarmning af en lukket genstand, kompression af en fjeder eller excitation af et atom ændrer også massen med ΔE/c².
Gennemregnede eksempler
1. Omregn et massedefekt
Løsning
For Δm = 0,0020 u fås Q ≈ 0,0020 × 931,5 = 1,86 MeV.
2. Energi fra en SI-masse
Løsning
For Δm = 1,0 × 10⁻¹² kg fås ΔE = Δmc² ≈ 9,0 × 10⁴ J.
3. Fortolk fortegnet på Q
Løsning
Hvis produkterne har 0,005 u større hvilemasse end reaktanterne, er Q ≈ −4,66 MeV; der skal tilføres energi.