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物質をエネルギーに変換すると?
siegmundの回答
- siegmund
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siegmund です. 中性子などの数で言うなら,核分裂の前後で変化しません. 原子核は中性子N個と陽子Z個からなっていますが, その質量 m(Z,N) は孤立した中性子N個と陽子Z個の質量を合計したものより 軽くなっています. 軽くなっている分が結合エネルギーです. 孤立したところから測りますと結合エネルギーは負です. 結合するとエネルギーが得する(低くなる)から結合していられるんで, 結合すればエネルギー的に損なら勝手にバラバラになります. つまり,孤立した中性子の質量を mn,陽子の質量を mp としますと Zmp+Nmn-m(Z,N) が質量の欠損分で, c^2 を掛ければ結合エネルギーの絶対値です. 欠損分は大体1%くらいです. で,核分裂していくつかの原子核に分裂する. それらの原子核について m(Z, N) を加えてみると, もとの m(Z, N) より小さくなっています. これは,結合エネルギーのためで, 分裂したいくつかの核の結合エネルギーを加えてみると, もとの結合エネルギーより絶対値が大きくなっています. つまり,分裂した方がエネルギー的に安定です. したがって,核分裂すれば全体のエネルギーが下がったことになります. その下がったエネルギー分が放出されたのです. 孤立した中性子や陽子より結合した方がエネルギーが低くなるなら, くっつければエネルギーが取り出せるじゃないか,とお考えですか? そうです.それが,核融合ですね. 水素の原子核(陽子)4個くっつけてヘリウムにする. 太陽で起こっている反応はこれです. 「物質が無くなるのですか?」「質量が減るのですか?」 は言葉の定義の問題と思いますが, pancho さんのイメージを想像すると,「質量が減る」でしょう. 「質量が減る」意味は上に説明した通りです.
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御解答ありがとうございます。とても難しいですが非常に興味深いです。一生懸命図に書きながら考えました。残念ながら完全に理解することはできませんでしたが、おおよそ理解することはできたかも...。核分裂核融合によって質量は減るものの、構成要素そのものが世界から消えてしまうわけではないということですね。結合エネルギーと、質量の関係がE=mc^2ということですね??
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