Massavaje: puuttuva massa.

Punnitse helium-4-atomi hyvin tarkasti ja punnitse sitten sen osat erikseen. Huomaat, etteivät ne täsmää.

Kun käytetään atomimassoja, joissa elektronit ovat mukana molemmilla puolilla ja kumoavat toisensa:

• 2 vety-1-atomia (2 protonia + 2 elektronia): 2 × 1,007825 u = 2,015650 u
• 2 neutronia: 2 × 1,008665 u = 2,017330 u
• Yhteensä: 4,032980 u
• Yhden helium-4-atomin mitattu massa: 4,002603 u

Erotus, 0,030378 u, on massavaje. Koottu ydin on osiaan kevyempi.

Mihin massa katosi? Einsteinin relaatio E = mc² kertoo, että massa ja energia ovat saman asian kaksi tahkoa. Jos järjestelmä luovuttaa energiaa, sen massa pienenee määrällä E/c². Kun kaksi protonia ja kaksi neutronia yhdistyvät heliumyt imeksi, ne vapauttavat energiaa (gammasäteinä ja liikkeenä), ja jäljelle jäävä ydin painaa tuon määrän verran vähemmän.

Muuntokerroin on hyödyllinen muistaa: 1 u:n massa vastaa 931,494 MeV:n energiaa (kirjoitetaan 931,494 MeV/c²). Siis

0,030378 u × 931,494 MeV/u ≈ 28,3 MeV.

Se on helium-4:n sidosenergia. Se on täsmälleen energia, joka pitäisi antaa ytimelle, jotta se hajoaisi vapaiksi nukleoneiksi. Jaettuna neljällä nukleonilla se on 7,07 MeV nukleonia kohti, eli luku, jota kutsumme nimellä B/A. Suurempi B/A tarkoittaa tiukemmin sidottua ydintä.

Mittakaavan tarkistus. Elektronivoltti (eV) on energia, jonka yksi elektroni saa kulkiessaan yhden voltin jännite-eron läpi, ja megaelektronivoltti (MeV) on miljoona elektronivolttia. Kemiassa yhden hiiliatomin palaminen hapessa vapauttaa noin 4 eV. Yhden helium-4-ytimen muodostuminen vapauttaa 28 miljoonaa eV. Ydinen energia atomia kohti on miljoonia kertoja suurempi kuin kemiallinen energia atomia kohti, ja juuri siksi ydinpolttoaine on niin tiivistä.

Arkielämän yksiköissä 1 gramman massan muuttaminen kokonaan energiaksi tuottaisi noin 9 × 10¹³ J, mikä riittäisi käyttämään kotitaloutta noin kahdentuhannen vuoden ajan. Todellisuudessa mikään prosessi ei muuta grammaa ainetta kokonaan energiaksi, mutta tämä näyttää, mitä kerroin c² tarkoittaa.