Excès de masse - Mass excess

L' excès de masse d'un nucléide est la différence entre sa masse réelle et son nombre de masse en unités de masse atomique . C'est l'une des méthodes prédominantes de tabulation de la masse nucléaire. La masse d'un noyau atomique est bien approximée (moins de 0,1% de différence pour la plupart des nucléides) par son nombre de masse, ce qui indique que la majeure partie de la masse d'un noyau provient de la masse de ses protons et neutrons constitutifs . Ainsi, l'excès de masse est une expression de l' énergie de liaison nucléaire , par rapport à l'énergie de liaison par nucléon de carbone-12 (qui définit l'unité de masse atomique). Si l'excès de masse est négatif, le noyau a plus d'énergie de liaison que 12 C, et vice versa. Si un noyau a un excès de masse important par rapport à une espèce nucléaire voisine, il peut se décomposer radioactivement , libérant de l'énergie.

Échelle énergétique des réactions nucléaires

La norme 12 C permet de penser la masse nucléaire en unités de masse atomique pour la définition de l'excès de masse. Cependant, son utilité réside dans le calcul de la cinématique ou de la désintégration des réactions nucléaires . Seule une petite fraction de l'énergie totale associée aux noyaux atomiques par équivalence masse-énergie , de l'ordre de 0,01% à 0,1% de la masse totale, peut être absorbée ou libérée sous forme de rayonnement. Ainsi, en travaillant en termes d'excès de masse, on a effectivement éliminé une grande partie des changements de masse qui résultent du simple transfert ou de la libération de nucléons, rendant plus évidente l'échelle de la différence d'énergie nette.

La cinématique de réaction nucléaire est généralement réalisée dans des unités impliquant l' électron volt , conséquence de la technologie des accélérateurs . La combinaison de ce point pratique avec la relation théorique E = mc 2 fait des unités de méga électron-volts sur la vitesse de la lumière au carré (MeV / c 2 ) une forme commode pour exprimer la masse nucléaire. Cependant, les valeurs numériques des masses nucléaires en MeV / c 2 sont assez grandes (même la masse du proton est d'environ 938,27 MeV / c 2 ), tandis que les excès de masse se situent dans les dizaines de MeV / c 2 . Cela rend la masse excédentaire tabulée moins lourde à utiliser dans les calculs. Un point trivial à noter est que le terme 1 / c 2 est généralement omis lors de la citation des valeurs en excès de masse en MeV, car l'intérêt est plus souvent l'énergie et non la masse; si l'on voulait des unités de masse, on changerait simplement les unités de MeV à MeV / c 2 sans modifier la valeur numérique.

Exemple

Considérons la fission nucléaire de 236 U en 92 Kr, 141 Ba et trois neutrons.

236 U → 92 Kr + 141 Ba + 3 n

Le nombre de masse du réactif, 236 U, est 236. Parce que la masse réelle est 236.045 563   u , son excès de masse est + 0,045 563  u . Calculé de la même manière, l'excès de masse pour les produits, 92 Kr, 141 Ba, et trois neutrons, sont -0,073 843  u , −0,085 588  u et 3 × 0,008 665  u = + 0,025 994  u , respectivement, pour un excès de masse totale de -0,133 437  u . La différence entre l'excès massique des réactifs et celui des produits est 0,179 000  u , ce qui montre que l'excès de masse des produits est inférieur à celui des réactifs, et donc la fission peut se produire - un calcul qui aurait également pu être fait avec uniquement les masses des réactifs.

L'excès de masse peut être converti en énergie en utilisant 1 u = 931,494  MeV / c 2 , et E = mc 2 , ce qui donne 166,737 MeV .

Les références

  • Krane, K. S (1987). Introduction à la physique nucléaire . John Wiley et fils . ISBN   0-471-80553-X .
  • Tipler, P. A; Llewellyn, RA (2004). Physique moderne . WH Freeman and Company . ISBN   0-7167-4345-0 .

Liens externes