Значение Q (ядерная наука) - Q value (nuclear science)

Для использования в других целях см. Значение Q.

В ядерная физика и химия, то Q ценить для реакция это количество энергии, поглощенной или выделенной во время ядерной реакции. Стоимость относится к энтальпия химической реакции или энергии продуктов радиоактивного распада. Его можно определить по массам реагентов и продуктов. Q значения влияют на скорость реакции. В общем, чем больше положительный Q значение реакции, тем быстрее реакция протекает и тем более вероятно, что реакция будет «благоприятствовать» продуктам.

${\displaystyle Q=(m_{r}-m_{p})\cdot 931\;{\text{MeV}}}$

где массы находятся в атомные единицы массы. Также оба ${\displaystyle m_{r}}$ и ${\displaystyle m_{p}}$ - суммы масс реагента и продукта соответственно.

Определение

Сохранение энергии между начальной и конечной энергией ядерного процесса (${\displaystyle E_{\text{i}}=E_{\text{f}}}$), позволяет дать общее определение Q на основе эквивалентность массы и энергии. Для любого распада радиоактивной частицы разность кинетической энергии будет выражаться как:

${\displaystyle Q=K_{\text{f}}-K_{\text{i}}=(m_{\text{i}}-m_{\text{f}})c^{2}}$

куда K обозначает кинетическую энергию массы м. Реакция с положительным Q ценность экзотермический, т.е. имеет чистое высвобождение энергии, поскольку кинетическая энергия конечного состояния больше, чем кинетическая энергия начального состояния. Q ценность эндотермический, т.е. требует ввода чистой энергии, поскольку кинетическая энергия конечного состояния меньше кинетической энергии начального состояния.^[1] Обратите внимание, что химическая реакция экзотермична, когда отрицательный энтальпия реакции, в отличие от положительной Q значение в ядерной реакции.

В Q стоимость также может быть выражена через энергии связи ядерных видов как:

${\displaystyle Q=B_{f}-B_{i}}$

Доказательство: Обратите внимание, что количество нуклонов сохраняется в ядерной реакции. Следовательно, общее количество протонов реагента = общее количество протонов продукта и общее количество нейтронов реагента = общее количество нейтронов продукта. Следовательно, сумма энергии связи и энергии массы покоя ядер реагента и продуктов одинакова. Другими словами, ${\displaystyle B_{i}+m_{i}c^{2}=B_{f}+m_{f}c^{2}}$. Используя первое соотношение (${\displaystyle Q=(m_{\text{i}}-m_{\text{f}})c^{2}}$), это доказательство завершено.

Приложения

Химическая Q значения измеряются в калориметрия. Экзотермические химические реакции имеют тенденцию быть более спонтанными и могут излучать свет или тепло, что приводит к неконтролируемой обратной связи (например, взрывам).

Q ценности также представлены в физика элементарных частиц. Например, Правило Сарджента утверждает, что скорость слабой реакции пропорциональна Q⁵. В Q ценность - это кинетическая энергия выпущен в распаде в покое. При распаде нейтрона некоторая масса исчезает, когда нейтроны превращаются в протон, электрон и антинейтрино:^[2]

${\displaystyle Q=(m_{\text{n}}-m_{\text{p}}-m_{\mathrm {\overline {\nu }} }-m_{\text{e}})c^{2}=K_{\text{p}}+K_{\text{e}}+K_{\overline {\nu }}=0.782~{\text{MeV}}~,}$

куда м_п это масса нейтрон, м_п это масса протон, м_ν это масса электронный антинейтрино, и м_е это масса электрон; и K - соответствующие кинетические энергии. У нейтрона нет начальной кинетической энергии, так как он находится в состоянии покоя. В бета-распаде типичный Q составляет около 1 МэВ.

Энергия распада распределяется между продуктами непрерывным образом для более чем 2 продуктов. Измерение этого спектра позволяет определить массу продукта. Эксперименты изучают спектры излучения для поиска безнейтринного распада и массы нейтрино; это принцип постоянного КАТРИН эксперимент.

Смотрите также

• Связующая энергия
• Калориметр (физика элементарных частиц)
• Энергия распада
• Коэффициент усиления термоядерной энергии
• Эффект пандемониума

Примечания и ссылки

1. К.С. Крейн (1988). Введение в ядерную физику. Джон Уайли и сыновья. п. 381. ISBN  978-0-471-80553-3.
2. Б.Р. Мартин и Дж. Шоу (2007). Физика элементарных частиц. Джон Уайли и сыновья. п.34. ISBN  978-0-471-97285-3.

внешняя ссылка

• Данные о структуре и распаде ядра - МАГАТЭ с запросом о распадах ' Q-значения
• просто продемонстрирует эквивалентность массы и энергии