Massaylijäämä
From Wikipedia, the free encyclopedia
Ydinfysiikassa nuklidin massaylijäämä on atomiytimen todellisen, atomimassayksikköinä ilmaistun massan ja sen massaluvun erotus.[1] Sitä käytetään usein atomiydinten massojen taulukoinnissa. Ytimen massa atomimassayksikköinä on kaikissa tapauksissa lähellä sen massalukua eli siinä olevien protonien ja neutronien lukumäärien summaa, koska nämä hiukkaset muodostavat valtaosan ytimen massasta ja molempien massa on lähellä yhtä atomimassayksikköä. Ytimen massaylijäämä mittaa täten sitä, kuinka paljon suurempi tai pienempi ytimen sidosenergia nukleonia kohti on verrattuna hiili-12-atomiin, jonka mukaan atomimassayksikkö on määritelty.[1] Jos massaylijäämä on negatiivinen, ytimen sidosenergia on suurempi kuin hiili-12:n, ja jos se on positiivinen, sidosenergia on pienempi kuin hiili-12:n. Jos ytimen massaylijäämä on selvästi suurempi kuin jonkin sitä kevyemmän ytimen, se voi hajota radioaktiivisesti luovuttaen energiaa.
Ydinreaktioiden energia-asteikko
Massaylijäämän tärkein merkitys on siinä, että sen avulla voidaan laskea, kuinka paljon energiaa ydinreaktioissa vapautuu tai sitoutuu. Kuten Einsteinin osoittamasta massan ja energian ekvivalenssista (E=mc²) seuraa, vapautuva tai sitoutuva energia on yhtä suuri kuin massojen erotus kerrottuna valonnopeuden neliöllä. Ydinreaktioissa kuitenkin vapautuu tai sitoutuu vain pieni osa, yleensä 0,01 ... 0,1 %, ydinten kokonaismassoja vastaavasta energiasta, jota paitsi protonien ja neutronien kokonaislukumäärien summa (eli massalukujen summa) säilyy. Tämän vuoksi ydinreaktioiden vapautuvaa energiaa laskettaessa voidaan ydinten massojen ja niiden erotusten sijasta käyttää niiden massaylijäämiä ja niiden erotuksia, jolloin pelkästään siirtyvien tai irtoavien nukleonien massaa vastaava osuus jätetään pois laskuista.
Atomi- ja ydinfysiikassa energian yksikkönä käytetään tavallisesti elektronivolttia, mikä johtuu pitkälti hiukkaskiihdyttimien tärkeästä merkityksestä tutkimusvälineinä. Massan ja energian ekvivalenssin vuoksi ydinten ja alkeishiukkasten massankin yksikkönä käytetään usein megaelektronivolttia jaettuna valonnopeuden neliöllä (MeV/c²). Tämä on kuitenkin hyvin pieni massan yksikkö sillä jo protonin massa on noin 938,27 MeV/c². Tämänkin vuoksi laskut on helpompi suorittaa käyttämällä ydinten taulukoituja massaylijäämiä.
Esimerkki
Tarkastellaan uraaniytimen 236U fissiota, jossa se halkeaa kryptonytimeksi 92Kr, bariumytimeksi 141Ba ja kolmeksi vapaaksi neutroniksi:
236U → 92Kr + 141Ba + 3 n.
Ytimen 236U massaluku on 236 (siinä on 92 protonia ja 144 neutronia, yhteensä 236 nukleonia), mutta sen todellinen massa on 236,045563 u (atomimassayksikköä). Näin ollen lähtötuotteen massaylijäämä on . Samaan tapaan laskettuina 92Kr-ytimen massaylijäämä on , 141Ba-ytimen ja vapaan neutronin . Reaktiotuotteiden massaylijäämä on yhteensä
Siten lähtötuotteen (236U) ja reaktiotuotteiden (92Kr + 141Ba + 3 n) massaylijäämien erotus on
mikä osoittaa, että reaktiotuotteiden massaylijäämä on pienempi kuin lähtöaineiden, mikä tekee tällaisen fission mahdolliseksi.
Yhden atomimassayksikön erotus massaylijäämissä vastaa noin 931,494 megaelektronivolttia energiaa, joten tässä reaktiossa vapautuu energiaa noin 0,148 * 931,5 = 139 MeV.
Lähteet
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.