द्रव्यमान दोष: गायब द्रव्यमान

हीलियम-4 परमाणु का बहुत सावधानी से द्रव्यमान मापो और फिर उसके घटकों का द्रव्यमान अलग-अलग मापो। तुम पाओगे कि उनका योग बराबर नहीं आता।

परमाणु द्रव्यमानों का उपयोग करने पर, जिनमें दोनों तरफ के इलेक्ट्रॉन शामिल रहते हैं और इसलिए वे कट जाते हैं:

• 2 हाइड्रोजन-1 परमाणु (2 प्रोटॉन + 2 इलेक्ट्रॉन): 2 × 1.007825 u = 2.015650 u
• 2 न्यूट्रॉन: 2 × 1.008665 u = 2.017330 u
• कुल: 4.032980 u
• एक हीलियम-4 परमाणु का मापा गया द्रव्यमान: 4.002603 u

अंतर, 0.030378 u, द्रव्यमान दोष है। जुड़ा हुआ नाभिक अपने घटकों से हल्का होता है।

द्रव्यमान कहाँ गया? आइंस्टीन का संबंध E = mc² कहता है कि द्रव्यमान और ऊर्जा एक ही चीज़ के दो फलक हैं। यदि कोई तंत्र ऊर्जा छोड़ता है, तो उसका द्रव्यमान E/c² से घट जाता है। जब दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन एक साथ गिरकर हीलियम नाभिक बनाते हैं, तो वे ऊर्जा (गामा किरणों और गति के रूप में) छोड़ते हैं, और पीछे बचा नाभिक उतनी ही मात्रा से हल्का हो जाता है।

रूपांतरण गुणक याद रखना उपयोगी है: 1 u द्रव्यमान, ऊर्जा के 931.494 MeV के बराबर होता है (इसे 931.494 MeV/c² के रूप में लिखा जाता है)। इसलिए

0.030378 u × 931.494 MeV/u ≈ 28.3 MeV.

यह हीलियम-4 की बंधन ऊर्जा है। यह ठीक उतनी ऊर्जा है जितनी नाभिक को अलग-अलग मुक्त न्यूक्लियॉनों में तोड़ने के लिए देनी पड़ेगी। 4 न्यूक्लियॉनों से भाग देने पर यह 7.07 MeV प्रति न्यूक्लियॉन होती है, जिसे हम B/A कहते हैं। अधिक B/A का अर्थ है अधिक मजबूती से बंधा हुआ नाभिक।

माप की जाँच। एक इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (eV) एक इलेक्ट्रॉन का एक वोल्ट के माध्यम से गुजरने पर प्राप्त ऊर्जा है, और एक मेगाइलेक्ट्रॉन-वोल्ट (MeV) उनमें से एक मिलियन है। रसायन विज्ञान में, ऑक्सीजन में एक कार्बन परमाणु को जलाने से लगभग 4 eV ऊर्जा निकलती है। एक हीलियम-4 नाभिक बनाने से 28 मिलियन eV ऊर्जा निकलती है। प्रति परमाणु नाभिकीय ऊर्जा, प्रति परमाणु रासायनिक ऊर्जा से लाखों गुना अधिक है, और यही एक तथ्य यह है कि नाभिकीय ईंधन इतना सघन क्यों है।

रोज़मर्रा की इकाइयों में, 1 ग्राम द्रव्यमान को पूरी तरह ऊर्जा में बदलने पर लगभग 9 × 10¹³ J ऊर्जा मिलेगी, जो लगभग दो हज़ार वर्षों तक एक घर को चलाने के लिए पर्याप्त है। वास्तविक जीवन में कोई प्रक्रिया 1 ग्राम पदार्थ को पूरी तरह नहीं बदलती, लेकिन यह दिखाता है कि गुणांक c² का क्या अर्थ है।