Энергетический выход ядерной реакции

Энергетический выход ядерной реакции

Обсуждая энергию связи, мы видели, что в результате ядерных процессов масса системы частиц не остаётся постоянной. Это, в свою очередь, приводит к тому, что кинетическая энергия продуктов ядерной реакции отличается от кинетической энергии исходных частиц.

Прежде всего напомним, что полная энергия E частицы массы m складывается из её энергии покоя и кинетической энергии K:

Пусть в результате столкновения частиц A и B происходит ядерная реакция, продуктами которой служат частицы X и Y:

Полная энергия системы частиц сохраняется:

то есть

Кинетическая энергия исходных частиц равна KA + KB. Кинетическая энергия продуктов реакции равна KX + KY.

Из (2) легко получаем:

Если Q > 0, то говорят, что реакция идёт с выделением энергии: кинетическая энергия продуктов реакции больше кинетической энергии исходных частиц. Из (3) мы видим, что в этом случае суммарная масса продуктов реакции меньше суммарной массы исходных частиц.

Если же Q < 0, то реакция идёт с поглощением энергии: кинетическая энергия продуктов реакции меньше кинетической энергии исходных частиц. Суммарная масса продуктов реакции в этом случае больше суммарной массы исходных частиц.

Таким образом, термины «выделение» и «поглощение» энергии не должны вызывать недоумение: они относятся только к кинетической энергии частиц. Полная энергия системы частиц, разумеется, в любой реакции остаётся неизменной.

Чтобы посчитать энергетический выход Q ядерной реакции (1), действуем по следующему алгоритму.

1. С помощью таблицы масс нейтральных атомов находим выраженные в а. е. м. (для нахождения массы ядра не забываем вычесть из массы нейтрального атома массу электронов).

2. Вычисляем массу m1 = mA + mB исходных частиц, массу m2 = mX + mY продуктов реакции и находим разность масс ∆m = m1 − m2.

3. Умножаем ∆m на 931,5 и получаем величину Q, выраженную в МэВ.