相対性理論と原子爆弾。(困っています)

質問

原子爆弾に使われるウランが核反応後には質量が少し減り
E=mc^2により、莫大なエネルギーに変換されたという事ですが、

実際、反応後・反応前では中性子&陽子&電子等の数は変わってないのですよね？
ただ単に、核の結合エネルギーが熱エネルギー(&光エネルギー)に変換されただけなのでは無いでしょうか？

質問１）本当にE=mc^2が関係しているのでしょうか？
（まぁ、物理学者のみなさんもE=mc^2が関係していると言っているから関係しているのでしょうけど、）

質問２）では、E=mc^2が関係しているとして、実際に反応後どれくらい質量が減っているのでしょうか？(サイトの提示等でも嬉しいです。)

過去の質問も見て、似たようなのがあるんですが・・・
かなり困っているので、どちらかでもいいので、
分かる人がいましたら、よろしくお願いします。

回答No.6

noname#136764 · ベストアンサー

その昔、ウラン１個の核分裂で生じるエネルギーは200MeVくらいだと勉強したおぼえがあります。

核分裂生成物としてどういった核種ができるかで分裂後の質量合計がかわりますし、ということはとうぜん発生エネルギーも変わってしまうのですが、

参考URLによると、ひとつの例として

分裂前の質量　 分裂後の質量　
-------------------------------------------　
Ｕ－２３５　235.124　　Ｙ－95　 94.945
中性子　ｎ　　1.009　 Ｉ－139 139.955
　　　　　　　　　　　　中性子2個　 2.018
---------------------------------------------
合　計　　 236.133　　　　 合　計 235.918　　　

差し引き　　　0.215(amu)

だそうです。amuは原子質量単位です。

参考URL：

http://home2.highway.ne.jp/tsuwano/nuclear21.html

回答No.5

jun1038

どうも。

すみません。核物理学はド素人なので、単なる当てずっぽうなのですが、
実際の核反応では、発生する粒子（たいてい高速）をすべてきちんと捕捉して
その質量を測定することは非常に困難なのではありませんか。

No.4の参考ＵＲＬで、
§13.5　原子核の質量と結合エネルギー　質量欠損
という部分がありますよね。
各原子の質量がそれを構成する粒子の単純な足し算にならない
（差がある　つまり質量欠損がある）ことが、
両者の原子核エネルギーの差として表れてるということではないでしょうか。
それに定量的な評価を与えたのが、
例の有名な　Ｅ＝ｍｃ＾２　というわけでしょう。

現実的には、原爆や原発が実際に存在しているわけですから、
その理論は正しそうだと思われていますが、
最初に述べたように、反応に関係した粒子をすべて捕捉して
その質量をすべて測定しての議論ではないと思われます。
むしろ、原爆の実際の爆発したエネルギーを測定して、
用意されたウランの何％が実際に核分裂したかなどと計算するとき
Ｅ＝ｍｃ＾２　の式が当然のものとして使われているのではないでしょうか。

では。

お礼

ありがとうございます。
僕もそう思います。（というか、みなさんの回答でやっと分かりました。）

で、実際何％になるのでしょう？
どのサイト行っても実験結果として、載ってません。

回答No.4

jun1038

こんばんは。

Google　で、原子爆弾　質量欠損　で検索をかけてみました。

とりあえず、下の参考ＵＲＬが良さそうです。他にもあるかも。

読んでみて下さい。

では。

参考URL：

http://dental.senzoku.showa-u.ac.jp/dent/radiol/Prometheus/HyperRadiol/General/General_Physics.html

補足

実際の実験結果として、何％減ったという記事はどこかに無いでしょうか？

回答No.3

Mell-Lily

E=mc^2という式の意味は、エネルギーの変化には、必ず、質量の変化が伴うということです。このことは、相対性理論の帰結であり、核反応前後の物質の総重量を量ることで、実験的に確かめられています。実際の質量変化は、全体の1/1000～1/100といった程度です。エネルギーと質量は比例しますから、エネルギーで、質量を測ることができます。電子や陽子といった素粒子の質量は、電子ボルト（eV）というエネルギー単位を用いて表示されます。

回答No.2

noname#136764

＞ただ単に、核の結合エネルギーが熱エネルギー
＞(&光エネルギー)に変換されただけ

まさしくその通りです。

ただ、エネルギーと質量は等価なので、全てのエネルギー放出には必然的に質量の減少も伴います。原子爆弾だろうと、家庭のガスコンロだろうと質量が減っているという点では同じです。

原子核反応ではエネルギー密度が高いので、それだけ質量の現象も観測しやすいというだけのことです。

回答No.1

obihsot

原子核には、陽子と中性子があるのはご存じですよね？
それぞれ一個の質量を１ｕとしたとき、単純に考えてウラン２３５では２３５ｕだと思われるでしょうが、実施には核内の結合エネルギーとして質量が減っています。そこで核分裂して生成した原子核の質量も生成した原子質量番号よりも小さくなっています。
数値は手元に資料がないため、回答できませんがウラン２３５の核内結合エネルギー＞核分裂生成物の核内エネルギーのため、その差分が放出されます。これぐらいしか判りませんが。