E = mc² i praksis: massedefekten i helium-4

Hva viser visualet?

Masse og energi er to sider av samme sak, og den mest håndfaste konsekvensen er at delene av en atomkjerne veier mer enn kjernen selv. To protoner og to nøytroner hver for seg veier 4,0320 u. Helium-4-kjernen veier 4,0015 u. Forskjellen, massedefekten, er Δm = 0,0305 u.

Skalaen i figuren går fra 3,995 u til 4,040 u, altså bare 0,045 u bred, og der er de to merkene tydelig atskilt. Men i forhold til hele massen er forskjellen bare 0,756 %. Det er den lille prosenten som blir til en enorm energi når du ganger med c².

Omregningen bruker vekslingskursen 931,5 MeV per u: E = 0,0305 · 931,5 MeV/u = 28,4 MeV. Fordelt på fire nukleoner er det 7,10 MeV per nukleon. Den samme regningen ligger bak bindingsenergi i kjerner, energien i fisjon og fusjon der massetap blir frigjort energi, og parproduksjon, der et foton kan skape et elektron og et positron med E = 2mₑc².

Slik leser du visualet

Merkene under står også i bildet.

1. 1. Delene veier mest. To protoner og to nøytroner hver for seg veier 4,0320 u.
2. 2. Kjernen veier mindre. 4,0015 u. Differansen Δm = 0,0305 u er massedefekten.
3. 3. Δm blir energi. 0,0305 · 931,5 MeV/u = 28,4 MeV, altså 7,10 MeV per nukleon.

Nøkkelbegreper

• massedefekt
• bindingsenergi
• E = Δmc²
• 931,5 MeV/u
• helium-4
• fisjon og fusjon
• parproduksjon

På prøve og muntlig-praktisk

Regningen går igjen i kapittelet om atom- og kjernefysikk. Lær 931,5 MeV/u utenat, og husk rekkefølgen: finn Δm først, gang så med 931,5. Bindingsenergi per nukleon er et eget spørsmål — del på antall nukleoner til slutt.

Kildegrunnlag

https://www.ifingo.no/fysikk2/spesiell-relativitetsteori avsnitt 6 («Helium-4-kjerne veier 4,0015 u, men 2p + 2n = 4,0320 u. Massedefekt Δm = 0,0305 u. Bindingsenergi = 0,0305 × 931,5 MeV/u = 28,4 MeV», samt kjernekraft, fisjon/fusjon og parproduksjon E = 2mₑc²)