Sidosenergia
Wikipedia
Sidosenergia on energiamäärä, joka tarvitaan kokonaisuuden purkamiseksi yksittäisiin osiin. Sidotulla systeemillä on matalampi potentiaalienergia kuin sen rakenneosilla, mikä vastaa positiivista sidosenergiaa pitäen systeemin kasassa.
Atomiydintasolla sidosenergia johdetaan vahvasta vuorovaikutuksesta ja se vastaa energiamäärää, joka tarvitaan atomiytimen purkamiseksi neutroneiksi ja protoneiksi. Atomitasolla sidosenergia johdetaan sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta ja se vastaa energiamäärää, joka tarvitaan atomin purkamiseksi elektroneiksi ja atomiytimeksi.
Astrofysiikassa tähtitieteellisen kappaleen painovoiman sidosenergia vastaa energiaa, joka tarvitaan ko. kappaleen hajottamiseksi avaruuspölyksi. Tätä ei pidä sekoittaa painovoiman potentiaalienergiaan, joka erottaa esim. avaruuskappaleen ja satelliitin toisistaan äärettömälle etäisyydelle, säilyttäen molemmat muutoin ennallaan.
Sidottu systeemi on alemmalla energiatasolla, joten sen massan täytyy olla pienempi kuin sen muodostavien yksittäisten ei-sidottujen osien massojen summa. Ytimen sidosenergia voidaan laskea ytimen massan ja sen muodostavien protoneiden ja neutroneiden massojen erotuksena. Kun tämä massakato tiedetään, voidaan Einsteinin kaavaa (E = mc²) käyttäen laskea minkä tahansa ytimen sidosenergia.
Energiamäärä, joka joko vapautuu tai sitoutuu fuusio- tai fissioreaktiossa, on reaktiossa käytetyn polttoaineen sidosenergian ja fuusio-/fissiotuotteiden sidosenergioiden erotus.
[muokkaa] Deuteronin sidosenergia 2H
Deuteroni on deuterium atomin ydin ja se koostuu yhdestä protonista ja yhdestä neutronista. Rakenneosien massat ovat:
- mprotoni = 1.007276 u (u on atomimassayksikkö)
- mneutroni= 1.008665 u
- mprotoni + mneutroni = 1.007276 + 1.008665 = 2.015941 u
Deuteronin massa on:
- Atomimassa 2H = 2.013553 u
Massan erotus = 2.015941 - 2.013553 = .002388 u, ja muunnos lepomassan ja energian välillä on 931.494MeV/u, joten deuteronin sidosenergia on
- 0.002388 × 931.494 MeV/u = 2.224 MeV
Toisin ilmaistuna sidosenergia on 0,1 % massaa vastaavasta kokonaisenergiasta, eli 90 TJ/kg.
[muokkaa] Ytimien sidosenergiakäyrä
Keveimmillä alkuaineilla vedystä natriumiin on kasvava sidosenergia ydinhiukkasta kohti atomimassan kasvaessa. Sidosenergia pysyy stabiilina alkuaineilla magnesiumista ksenoniin. Tätä raskaammilla alkuaineilla sidosenergia vähenee ydinhiukkasta kohti atomimassan kasvaessa. Rauta on stabiilein ja lujimmin sitoutunut alkuaine. Fuusio tuottaa energiaa yhdistämällä kevyitä alkuaineita vakaampiin, lujemmin sitoutuneisiin alkuaineisiin kuten vetyä heliumiin. Fissio puolestaan tuottaa energiaa halkaisemalla raskaita alkuaineita kuten uraania tai plutoniumia tiukemmin sitoutuneisiin stabiileiksi alkuaineiksi.
