Еквиваленција масе и енергије
Еквиваленција масе и енергије значи да је маса мировања део унутрашњег енергетског садржаја система. За систем у миру E₀=mc², па врло мала разлика маса у нуклеарној физици може да одговара мерљивој енергији у MeV.
E=mc² је пре свега енергија мировања
E₀=mc² описује енергију мировања. За честицу у покрету важи E²=(pc)²+(mc²)².
Зато у нуклеарном процесу морају истовремено да се очувају укупна енергија и импулс.
Атомска јединица масе природно води до MeV
Једна u одговара приближно 931,5 MeV/c². Разлика Δm изражена у u зато се лако претвара у ΔE=Δmc².
Ово омогућава да се прецизни изотопски масени подаци директно користе у енергетском билансу.
Претварач масе и енергије
Q-вредност пореди почетно и коначно стање
Q=(m_поч−m_крај)c². Позитивно Q даје енергију доступну за кинетику или зрачење; негативно Q значи да процес захтева најмање толико улазне енергије.
Атомске или нуклеарне масе морају се користити доследно, са правилним електронским билансом.
Дефект масе и енергија везивања су исти енергетски принцип
Везано језгро има мању масу од слободних нуклеона, а разлика одговара енергији везивања.
Q-вредност је, међутим, разлика целих почетних и крајњих стања, а не само једна енергија везивања.
Решени примери
1. Δm у u
Δm=0,0020 u.
Решење
ΔE≈1,86 MeV.
2. Δm у kg
Δm=1,0×10⁻¹² kg.
Решење
ΔE≈9,0×10⁴ J.
3. Негативно Q
Производи су тежи за 0,0050 u.
Решење
Q≈−4,66 MeV.
Позитивна Q-вредност је енергетски услов, али не гарантује брзу реакцију. Кулонове баријере, квантни бројеви и правила избора могу снажно смањити вероватноћу. Расположива енергија се дели на кинетичке енергије, фотоне и евентуалну побуду тако да је импулс целог система очуван.
Нуклеарни прорачуни су осетљиви на дефиниције и на то које честице припадају почетном и крајњем стању. Масени број A је цео број нуклеона, док табеларна атомска маса обухвата и електроне. Зато атомске и нуклеарне масе не треба мешати без корекције. Најсигурнији поступак је прво написати целу реакцију или прелаз, проверити A, Z и електрични набој, а тек онда правити масени и енергетски биланс. Позитивна Q-вредност показује да је крајње стање енергетски доступно, али сама не одређује брзину. Тунеловање, слаба интеракција, електромагнетна правила избора и доступна побуђена стања одређују вероватноћу. Мерено зрачење и полуживот зато се тумаче заједно са законима очувања, а не уместо њих.
Корисна је и независна провера реда величине. MeV енергије, очување A и Z и знак Q-вредности треба да подрже исту физичку слику. Ако бројчани резултат даје погрешан елемент, нарушен биланс наелектрисања или енергију без одговарајуће масене разлике, много је вероватнија грешка у књиговодству него нов физички ефекат. Оваква провера је посебно важна када у крајњем стању учествује више честица или побуђених нивоа.