原子核内における核子の運動エネルギー

質問

下記質問において、No.5（shiaraさん）の回答についてです。

質量欠損って何がなくなったの？
http://okwave.jp/qa/q6607947.html

shiaraさん、すみません、他の方が参照しやすいように全文掲載させてもらいます。
____________________________________________________________________

原子核は、陽子と中性子が集まって出来ています。これらはしっかり結びついていてまったく動かない、というものではありません。核力のポテンシャルは井戸型をしていて、陽子と中性子は、井戸型ポテンシャルの中で自由に動き回っていると考えられます。したがって、陽子と中性子は、運動エネルギーを持っています。これを原子核の外から見ると、原子核の質量は、陽子と中性子の質量の他に、陽子と中性子の持っている運動エネルギーから来る余分な質量を持っています。この余分な質量と運動エネルギーの関係は、よく知られているE=mc^2となります。
核分裂によって原子核が２つに分裂すると、それまで陽子と中性子が持っていた運動エネルギーの一部が、原子核全体の運動エネルギーに変わります。原子核全体としての運動エネルギーが増えるということは、温度が上昇するということです。これが原子炉で発生する熱となります。核分裂した後の原子核は、その原子核を作っている陽子と中性子の運動エネルギーが減っているため、原子核としての質量が減ることになります。これが質量欠損です。
____________________________________________________________________

[質問1]
分裂前の原子に対して分裂後生成された原子では、原子核内の陽子と中性子の運動エネルギーが減るのは何故でしょうか？
核分裂生成物は結合エネルギーが強いため、陽子と中性子が動きづらくなるからと解釈してもいいのでしょうか？

[質問2]
下記Wikipediaに、「自由な陽子と中性子を融合させると、その結合エネルギーに相当する約2.2MeVのガンマ線を放出することが知られている。」と記述されています。

これは、結合エネルギーの束縛により減った陽子と中性子の運動エネルギーが、2.2MeVのガンマ線として放出されたと理解してもいいのでしょうか？

質量欠損 - Wikipedia
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F%E6%AC%A0%E6%90%8D

回答No.2

shiara

質問1「分裂前の原子に対して分裂後生成された原子では、原子核内の陽子と中性子の運動エネルギーが減るのは何故でしょうか？」について
原子核内に束縛されている核子は、２つ以上の核子が同じ量子状態になることはできませんから、違うエネルギーを持たなければなりません。しかも、束縛状態にあるので、エネルギーは不連続な値をとらなければなりません。核子の数が多ければ、それだけ高いエネルギーを持つ核子もあるということです。核分裂して核子の数が少なくなると、低いエネルギー準位に入ることができますので、不要なエネルギーは放出することになります。

質問2について
核融合の場合は、エネルギーの元は核力ポテンシャルです。核子が遠く離れている時よりも、近づいたときの方がポテンシャルエネルギーは小さくなります。このポテンシャルエネルギーの差が核子の運動エネルギーとなる訳ですが、2つの核子が結合して束縛状態になると、束縛状態のエネルギー準位の低い位置に落ち着きます。そのときのエネルギー差がガンマ線として放出されます。

　なお、上記については、私の推測も入っているので、必ずしも正しいとは保証できません。その点、ご容赦ください。

補足

ご本人自らの回答ありがとうございます。

＞核子が遠く離れている時よりも、近づいたときの方が
＞ポテンシャルエネルギーは小さくなります。このポテ
＞ンシャルエネルギーの差が核子の運動エネルギーとなる

ということは結合前後で、核子の運動エネルギーは増えているということでしょうか？

＞2つの核子が結合して束縛状態になると、束縛状態の
＞エネルギー準位の低い位置に落ち着きます

低いエネルギー凖位になるとは、中性子と陽子が持っていた何のエネルギーがなくなり低いエネルギー状態になるのでしょうか？（エネルギー凖位というものをきちんと理解していないため、この質問は的外れかもしれませんが）

No.3さんへの補足にてもう少し詳しく質問しますので、そちらもご参照お願いします。