Q值
Q值是原子核物理學及核化學中的名詞，核反應的Q值是指核反應所產生的能量。Q值是化学反应的焓變化以及放射性產物的能量有關，可以用反應物和生成物的質量來求得。Q值會影響化學反應速率，反應的Q值為正值，數字越大，表示反應的速度越快，也表示反應比較「喜歡」生成物。
- <math> Q = (\,m_\text{r} - m_\text{p}\,) \times \text{0.9315 GeV } </math>
其中質量單位是道尔顿。而<math>\;m_\text{r}\;</math>和<math>\;m_\text{p}\;</math>分別是反應物和生成物的總質量。
定義[编辑]
核反應前後的能量會守恆<math>\text{( } E_\text{i} = E_\text{f} \text{ ),}</math>，以質能等價為基礎的Q值定義就是以此開始。針對放射性粒子的衰減，動能差可以表示如下：
- <math> Q = K_\text{f} - K_\text{i} = (\,m_\text{i}- m_\text{f}\,) \, c^2 ~</math>
其中K是質量m的動能。 Q值為正的反應表示是放热过程，會放出能量。因為最終態的動能比起始態的動能要大。 Q值為負的反應表示是吸热过程，會吸收能量。因為最終態的動能比起始態的動能要小[1]。在化學反應中若反應焓為負，表示是放熱反應，而在核反應中，Q值為正值表示是放熱反應。
Q值也可以用核種的質量欠缺 <math>\Delta M</math>表示：
- <math> Q = \Delta M_\text{i} - \Delta M_\text{f} ~</math>
上式可以用此方式證明：核種的質量可以表示為<math> M = A u + \Delta M, ~</math>，其中<math> A ~</math>是質量數（質子和中子數量的總和），而<math>u =^{12}\!\!C/12= 931.494 </math>MeV/c<math>^2~</math>。而在核反應前後，核種的總和守恆，因此，<math> A_f=A_i ~</math>且<math> Q = \Delta M_\text{i} - \Delta M_\text{f} ~</math>。
應用[编辑]
化學反應的Q值可以用量热法測量。放熱的化學反應常會是自發性的反應，且可能會放出光或是熱，讓更多物質進行反應，因此可能會出現失控的回授情形（爆炸）。
Q值也用在粒子物理學中，例如萨晋定律（Sargent's rule）中提到弱相互作用的反應速度和Q值的五次方成正比。原子核物理學的Q值是靜止的粒子衰變時產生的動能，例如中子的衰變，在中心轉換為質子、電子和反電微中子時，失去了部份的質量：[2]
- <math> Q = (m_\text{n} - m_\text{p} - m_\mathrm{\overline{\nu}} - m_\text{e})c^2 = K_\text{p} + K_\text{e} + K_{\overline{\nu}} = \text{0.782 MeV ,}</math>
其中mn是中子的質量，mp是質子的質量，mν是電中微子的質量，me是電子的質量，而K是各粒子對應的動能，中子一開始是靜止的，因此初始動能為零。在β衰變中，Q值約為1 MeV。
相關條目[编辑]
參考資料[编辑]
- ↑ Krane, K.S. Introductory Nuclear Physics. John Wiley & Sons. 1988: 381. ISBN 978-0-471-80553-3.
- ↑ B.R. Martin and G. Shaw. Particle Physics. John Wiley & Sons. 2007: 34. ISBN 0-471-97285-1.
外部連結[编辑]
- Nuclear Structure and Decay Data – IAEA[失效連結] with query on decays' Q-values