Атомная единица массы

Атомная единица массы

Массы атомов и элементарных частиц чрезвычайно малы, и измерять их в килограммах неудобно. Поэтому в атомной и ядерной физике часто применяется куда более мелкая единица — так называемая атомная единица массы (сокращённо а. е. м.).

Вот её значение с точностью до пяти знаков после запятой в стандартной записи:

Оказывается, что 1 а. е. м., выраженная в граммах, численно равна величине, обратной к постоянной Авогадро NA = 6,02214 · .

Почему так получается? Вспомним, что число Авогадро есть число атомов в 12 г углерода. Кроме того, масса mC атома углерода равна 12 а. е. м. Отсюда имеем:

поэтому NA · 1 а. е. м. = 1 г, что и требовалось.

Как вы помните, любое тело массы m обладает энергией покоя E, которая выражается формулой Эйнштейна:

Выясним, какая энергия заключена в одной атомной единице массы. Нам надо будет провести вычисления с достаточно высокой точностью, поэтому берём скорость света с пятью знаками после запятой:

Итак, для массы m1 = 1 а. е. м. имеем соответствующую энергию покоя E1:

В случае малых частиц пользоваться джоулями неудобно — по той же причине, что и килограммами. Существует гораздо более мелкая единица измерения энергии — электронвольт (сокращённо эВ).

Теперь, наконец, мы готовы вычислить обещанную величину — энергетический эквивалент атомной единицы массы, выраженный в МэВ. Из (1) и (2) получаем:

Энергия покоя одной а. е. м. равна 931,5 МэВ. Данное соотношение вы будете неоднократно использовать в задачах. Ведь обычные единицы измерения массы и энергии в ядерной физике — это атомная единица массы и электронвольты с различными приставками (кэВ, МэВ, ГэВ и сейчас уже ТэВ).

В дальнейшем нам понадобятся массы и энергии покоя протона, нейтрона и электрона. Приведём их с точностью, достаточной для решения задач. Энергия получена из массы умножением на только что вычисленный переводной коэффициент 931,5 МэВ/а. е. м.