Tuumareaktsioonid ja lävienergia

Energiat neelav tuumareaktsioon (negatiivse Q-väärtusega) ei saa toimuda suvalise pommitava osakese energia juures — impulsi jäävus tähendab, et osa pommitava osakese kineetilisest energiast kulub paratamatult toodete edasiliikumisele, mistõttu pommitaval osakesel peab olema rangelt rohkem kineetilist energiat kui |Q|, et reaktsioon üldse toimuks.

Practise this concept

Igal tuumareaktsioonil on Q-väärtus: kogu vabanev kineetiline energia, mis võrdub reagentide ja toodete seisumassi energiate vahega. Eksotermiline reaktsioon (Q positiivne) vabastab energiat ja võib toimuda ka paigalseisva pommitava osakesega. Endotermiline reaktsioon (Q negatiivne) vajab energiat juurde kusagilt mujalt, ja selleks allikaks on pommitava osakese kineetiline energia.

Naiivne ootus on, et pommitav osake, mille kineetiline energia võrdub |Q|-ga, peaks endotermilise reaktsiooni just ära käivitama. See on vale, ja põhjus on impulsi jäävus. Laboratoorses taustsüsteemis on sihtmärgi tuum alguses paigal, nii et kogu süsteem kannab seda impulssi, mille tõi kaasa pommitav osake — impulss, mis peab pärast reaktsiooni ikka alles olema, kandunud toodete edasiliikumisse. See jagatud edasisuunaline liikumine maksab kineetilist energiat, mis ei jõua kunagi reaktsiooni enda eest tasumiseni. Pommitaval osakesel on seetõttu vaja veidi rohkem kui |Q|, ja täpne ülejääk sõltub sellest, kuidas impulss peab jagunema: kerge pommitav osake, mis põrkab palju raskema sihtmärgiga, raiskab tagasilöögile väga vähe energiat, samas kui sihtmärgile massilt lähedane pommitav osake raiskab palju.

Just seetõttu on osakestekiirendid, mis on ehitatud lävireaktsioonide tekitamiseks või uurimiseks, seadistatud selgelt kõrgemale kui reaktsiooni tegelik Q-väärtus — kiirendi peab andma nii tagasilöögimaksu kui reaktsiooni enda energiapuudujäägi.

Key ideas

Requires: Tuuma seoseenergia, Jäävusseadused osakeste vastastikmõjudes

Formulas

E_{th} = |Q| \cdot \frac{m_a + m_X}{m_X}

Symbol	Name	Unit
$Q$	reaktsioonienergia	MeV (megaelektronvolt)
$m_a$	pommitava osakese mass	u (aatommassiühik)
$m_X$	sihtmärgi mass	u (aatommassiühik)
$E_th$	lävienergia	MeV (megaelektronvolt)

Common misconceptions

Uskumine, et lävikineetiline energia on lihtsalt reaktsiooni energiapuudujäägi absoluutväärtus |Q| — unustades, et impulsi jäävus suunab osa sellest kineetilisest energiast toodete tagasilöögile, mitte reaktsioonile ise.
Nimetajasse kuuluva massi äravahetamine — pommitava osakese oma massi kasutamine sihtmärgi (tavaliselt palju raskema, paigalseisva) massi asemel.
Reaktsioonienergia negatiivse märgi otsene läbivedamine lävienergia valemis, mille tulemuseks on mõttetu negatiivne kineetiline energia, mitte selle absoluutväärtuse võtmine.

Resources

Articles

Kuulub nende TÜ ainete hulka

See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.

Mikromaailma füüsikaLOFY.01.009