核反応について

Question

核融合でも、核分裂でも、エネルギーを取り出せるということは、融合でも分裂でも反応後は質量が減少するということでしょうか？
イメージがわかないのですが助けてください。

puyo3155 · Accepted Answer

NO4です。

E=mc^2　で、物質の質量がなくなりエネルギーに変換されるという説明は、よくある勘違いです。反応の前後で少なくとも、物質を構成する要素は、素粒子レベルで、何一つ変わっていません。

取り出されたエネルギーは、もとから物質の中の結合エネルギーです。
この場合、E=mc^2は、結合エネルギーがマクロでは質量として観測されるという意味であって、物質が消滅しその質量分がエネルギーに変換されているという意味ではありません。

素粒子の対消滅など、フェルミオンが消えるような素粒子の反応では、質量が消えてエネルギーになったり、エネルギーからフェルミオン（質量）が生まれることもありますが、核反応はその限りではありません。

Tacosan · Answer

核力や電磁気力なんかのバランスで
「中くらいの核」の (核子 1個当たりの) 結合エネルギーが最大になる
んだと思うよ. 逆にいうと「軽すぎる核」も「重すぎる核」も「中くらいの核」に比べて (核子 1個当たりの) 結合エネルギーが小さくなるので, 「中くらいの核」近づけることでより多くのエネルギーを放出できる.

ちなみに「核子 1個当たりの結合エネルギー」が一番大きいのはニッケル62.

ヘリウム4 は 4個しか核子がないくせに 1個当たりの結合エネルギーはかなり大きく, 質量数が 5 と 8 の安定原子核が存在しない原因とされている.

head1192 · Answer

特殊相対論から導かれるE＝ｍｃ²が関係している。

これは特殊相対論の論理的帰結
「（静止系から見て）速度を上げると質量が増す」
の裏返し。
速度を上げると質量が増すということは
「投入したエネルギーが質量に変換した」
と見ることもできるのである。

これの最初の適用が核反応で、核反応でE＝ｍｃ²としか言いようがない現象が実際に起こったことにより、この数式は物理学界で確固たる地位を占めることになった。

水素原子核が4つ結びつくとヘリウムの原子核になる。
ところが水素の原子核の質量をH、ヘリウムのそれをHeとして
　４H＝He
とはならない。
微妙な差であるが
　４H＞He
である。

残りの質量はどこに行ったのか？
E＝ｍｃ²によりエネルギーつまり核エネルギーに変換されたと考えると最も合理的かつ正確に４H＞Heを説明できる。

そういうことである。
ウランの核分裂でも、分裂前の原子核の質量と分裂後の原子核の質量の総和とでは、後者の方がわずかに軽い。
やはり核分裂エネルギーに変換されたと考えられる。

puyo3155 · Answer

質量欠損という言葉が、まるで、物質が消滅するかのような印象を与えるので、誤解しますよね。

そもそも、われわれがマクロの物質の質量と思っているものは、１％が構成する素粒子の質量、残りの９９％は、強い力で核子に閉じ込められた結合のエネルギー由来なのです。

核反応で、その組み合わせが変わると、反応前と、反応後で結合エネルギーが変化する。その差が、エネルギーとして取り出されます。物質により、融合した方が反応後の結合エネルギー小さくて済む場合と、分裂した方がそうなる場合があるわけですね。

stomachman · Answer

No.2です。
　「質量欠損」で正解ですよ。重い原子核はバラした方が軽い。軽い原子核はくっつけた方が軽い。境い目は鉄の原子核。

stomachman · Answer

https://oshiete.goo.ne.jp/qa/34427.html No.5〜8 あたりに簡単な解説があります。

angkor_h · Answer

その通りです。
その質量減少分mが、e=mc2　として取り出されたエネルギー、です。

核反応について

NO4です。

核力や電磁気力なんかのバランスで

特殊相対論から導かれるE＝ｍｃ²が関係している。

質量欠損という言葉が、まるで、物質が消滅するかのような印象を与えるので、誤解しますよね。

No.2です。

その通りです。

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