Kütle fazlalığı

Çekirdek kütle fazlalığı, atomik kütle birimleri cinsinden gerçek kütlesi ile kütle numarası arasındaki farktır. Nükleer kütlenin tablo haline getirilmesinde en yaygın yöntemlerden biridir. Bir atom çekirdeğinin kütlesi, kütle numarası ile iyi bir şekilde yaklaşıktır (çoğu çekirdek için %0.1'den az fark), bu da bir çekirdeğin kütlesinin çoğunun kurucu proton ve nötronların kütlesinden kaynaklandığını gösterir. Bu nedenle, kütle fazlalığı, karbon-12'nin nükleonu başına bağlanma enerjisine (atomik kütle birimini tanımlayan) göre nükleer bağlanma enerjisinin bir ifadesidir. Kütle fazlalığı negatifse, çekirdek ¹²C'den daha fazla bağlanma enerjisine sahiptir ve bunun tersi de geçerlidir. Bir çekirdek, yakındaki bir nükleer türe kıyasla çok fazla kütleye sahipse, radyoaktif olarak bozunarak enerji açığa çıkarabilir.

Nükleer reaksiyonların enerji ölçeği

¹²C standardı, kütle fazlalığının tanımlanması için atomik kütle birimleri cinsinden nükleer kütleyi düşünmeyi faydalı kılar. Bununla birlikte, yararlılığı nükleer reaksiyon kinematiği veya bozunumunun hesaplanmasında ortaya çıkar. Atom çekirdekleriyle ilişkili toplam enerjinin yalnızca küçük bir kısmı, toplam kütlenin %0.01 ila %0.1'i kadar kütle-enerji denkliği ile radyasyon olarak emilebilir veya serbest bırakılabilir. Böylece, kütle fazlalığı açısından çalışılarak, yalnızca nükleonların transferinden veya salınmasından kaynaklanan kütle değişikliklerinin çoğu etkili bir şekilde kaldırılmış ve net enerji farkının ölçeğini daha açık hale getirmiştir.

Nükleer reaksiyon kinematiği, geleneksel olarak, hızlandırıcı teknolojisinin bir sonucu olan elektron voltajını içeren birimlerde gerçekleştirilir. Bu pratik noktanın teorik E = mc² bağıntısı ile birleşimi, ışık kare hızı (MeV/c²) üzerindeki mega elektron volt birimlerini nükleer kütleyi ifade etmek için uygun bir form haline getirir. Bununla birlikte, MeV/c²'deki nükleer kütlelerin sayısal değerleri oldukça büyüktür (proton kütlesi bile ~ 938.27 MeV/c²'dir), oysa kütle fazlalıkları onlarca MeV/c² aralığında değişir. Bu, tablo haline getirilmiş kütle fazlasını hesaplamalarda kullanım için daha az hantal hale getirir. Dikkat edilmesi gereken önemsiz bir nokta, 1/c² teriminin tipik olarak MeV'de kütle fazlalığı değerleri alıntılandığında ihmal edilmesidir, çünkü ilgi daha çok kütle değil enerji; Biri kütle birimleri isterse, sayısal değeri değiştirmeden birimleri MeV'den MeV/c²'ye değiştirir.

Örnek

²³⁶U'nun ⁹²Kr, ¹⁴¹Ba ve üç nötrona nükleer fisyonunu düşünün.

²³⁶U → ⁹²Kr + ¹⁴¹Ba + 3 n

Reaktan ²³⁶U'nun kütle numarası 236'dır. Gerçek kütle 236.045563 u olduğu için kütle fazlalığı +0.045563 u.