Exceso de masa - Mass excess

El exceso de masa de un nucleido es la diferencia entre su masa real y su número de masa en unidades de masa atómica . Es uno de los métodos predominantes para tabular la masa nuclear. La masa de un núcleo atómico está bien aproximada (menos del 0,1% de diferencia para la mayoría de los nucleidos) por su número de masa, lo que indica que la mayor parte de la masa de un núcleo surge de la masa de sus protones y neutrones constituyentes . Por lo tanto, el exceso de masa es una expresión de la energía de enlace nuclear , en relación con la energía de enlace por nucleón de carbono-12 (que define la unidad de masa atómica). Si el exceso de masa es negativo, el núcleo tiene más energía de enlace que 12 C y viceversa. Si un núcleo tiene un gran exceso de masa en comparación con una especie nuclear cercana, puede descomponerse radiactivamente , liberando energía.

Escala energética de reacciones nucleares

El estándar de 12 C hace que sea útil pensar en la masa nuclear en unidades de masa atómica para la definición del exceso de masa. Sin embargo, su utilidad surge en el cálculo de la cinemática o desintegración de la reacción nuclear . Solo una pequeña fracción de la energía total asociada con los núcleos atómicos por equivalencia masa-energía , del orden del 0,01% al 0,1% de la masa total, puede ser absorbida o liberada como radiación. Por lo tanto, al trabajar en términos del exceso de masa, se ha eliminado efectivamente gran parte de los cambios de masa que surgen de la mera transferencia o liberación de nucleones, haciendo más obvia la escala de la diferencia de energía neta.

La cinemática de reacción nuclear se realiza habitualmente en unidades en las que interviene el electrón voltio , consecuencia de la tecnología de los aceleradores . La combinación de este punto práctico con la relación teórica E = mc 2 hace que las unidades de mega electronvoltios sobre la velocidad de la luz al cuadrado (MeV / c 2 ) sean una forma conveniente de expresar la masa nuclear. Sin embargo, los valores numéricos de las masas nucleares en MeV / c 2 son bastante grandes (incluso la masa del protón es ~ 938,27 MeV / c 2 ), mientras que los excesos de masa oscilan en las decenas de MeV / c 2 . Esto hace que el exceso de masa tabulado sea menos engorroso para su uso en los cálculos. Un punto trivial que vale la pena señalar es que el término 1 / c 2 generalmente se omite cuando se citan valores de exceso de masa en MeV, ya que el interés es más a menudo la energía y no la masa; si se quisieran unidades de masa, simplemente se cambiarían las unidades de MeV a MeV / c 2 sin alterar el valor numérico.

Ejemplo

Considere la fisión nuclear de 236 U en 92 Kr, 141 Ba y tres neutrones.

236 U → 92 Kr + 141 Ba + 3 n

El número de masa del reactivo, 236 U, es 236. Debido a que la masa real es 236.045 563   u , su exceso de masa es + 0,045 563  u . Calculado de la misma manera, el exceso de masa de los productos 92 Kr, 141 Ba y tres neutrones son −0,073 843  u , -0.085 588  U y 3 × 0,008 665  u = + 0.025 994  u , respectivamente, para un exceso de masa total de −0,133 437  u . La diferencia entre el exceso de masa de los reactivos y el de los productos es 0,179 000  u , lo que muestra que el exceso de masa de los productos es menor que el de los reactivos, por lo que puede producirse la fisión, un cálculo que también podría haberse hecho solo con las masas de los reactivos.

El exceso de masa se puede convertir en energía usando 1 u = 931.494  MeV / c 2 y E = mc 2 , lo que da como resultado 166,737 MeV .

Referencias

  • Krane, K. S (1987). Introducción a la física nuclear . John Wiley e hijos . ISBN   0-471-80553-X .
  • Tipler, P. A; Llewellyn, RA (2004). Física moderna . WH Freeman and Company . ISBN   0-7167-4345-0 .

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