核分裂の質量欠損について

質問

納得できないので質問させてください。

本やネットでは分裂前の原子核の質量はこれらを構成してる個々の質量
よりも小さく、その差分は結合に使われてるエネルギーとあります。

これは理解できますが、この事実と核分裂の際に放出されるエネルギー
との関係性がわかりません。

核分裂の際には結合に使われたエネルギーは元の質量に戻るのではないの
ですか？放出されたエネルギーはどこから来てるのでしょうか？

回答No.4

sanori

＞＞＞上記の例だと２階から１階へ下がったら位置エネルギーは結合エネルギーとして使われるわけですが、逆に１階から２階へ上がったときは結合エネルギーは位置エネルギーとして蓄えられるのではなく外部へ放出されると解釈していいのでしょうか？

前回回答は、結合エネルギーが減ったり（位置エネルギーとは限らず）ほかのエネルギーに変わることを、一つの例え話として示したものにすぎません。

＞＞＞この解釈でいいのであれば１度下がったら１番最初の２階にいた状態にはもどれないということでしょうか？

というよりは、お知りになりたいのは、放出されたエネルギーが物質に戻ることがないか、ということではないでしょうか。

核反応が起こると、様々な粒子（フォトンも含む）があちこちにランダムに飛ぶので、人工的によほど工夫した処理をしなければ、もとの状態には戻れません。
そして、戻れるとしても、全部ではなくごく一部です。
これは、ろうそくを燃やしたときにできる二酸化炭素と水蒸気を全部集めて、酸素とろうそくの状態に戻そうとすることと同じです。
やろうと思えばできますが、ものすごく大変で、しかも、ごく僅かしか戻せません。

その代わり、放出されたエネルギーが、ほかの何かの質量のある粒子に化けることは可能です。
超大型加速器で陽子を加速してほかの粒子と衝突させたときにクォークなどがまれにできあがるという話はご存知でしょうか。
あるいは、天然のガンマ線でも、１．０２ＭｅＶのエネルギーを超えると、ときたま電子と陽電子のペアーが誕生することがあります。
電子と陽電子の静止質量をエネルギーに換算すると、０．５１ＭｅＶだからです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AF%BE%E7%94%9F%E6%88%90

回答No.3

okormazd

「核分裂の際には結合に使われたエネルギーは元の質量に戻」
りません。

核分裂前の結合エネルギーと核分裂によって生成する核分裂生成物の核種の結合エネルギーの差が
エネルギーとして放出されます。

要するに、分裂前の結合エネルギーは小さく、分裂後の結合エネルギーは大きいのです。
エネルギーとしては、分裂前に持っているエネルギーは高く、分裂後に持っているエネルギーは低いということです。

エネルギーが低い方が安定です。だから、分裂してエネルギーの低い状態になるのです。

エネルギーの高い(質量欠損が小さい、結合エネルギーが小さい)状態から、エネルギーの低い(質量欠損が大きい、結合エネルギーが大きい)状態に移るのだから、その差の分のエネルギーが放出されます。

質量欠損も結合エネルギーも基準の状態と比較した時の値です。基準の状態は核種(陽子や中性子)がばらばらの状態です。

エネルギーが高い→基準の状態に戻すのに小さいエネルギーで済む=結合エネルギーが小さい=質量欠損が小さい
エネルギーが低い→基準の状態に戻すのに大きいエネルギーが必要=結合エネルギーが大きい=質量欠損が大きい

ということです。

補足

ご回答ありがとうございます。

核分裂の際の質量欠損他のかたの回答ともあわせて
自分なりに解釈できました。

回答No.2

sanori

こんにちは。

質量とエネルギーの等価性は、核力に限ったことではありません。

Ａ　重力によって人間が建物の１階の床に押し付けられているとき
Ｂ　重力によって人間が建物の２階の床に押し付けられているとき

Ａの方がＢより、地球と人間の合計質量がごく僅かながら小さいです。
つまり、質量欠損です。
これは、地球と人間の結合エネルギーと見なせます。

Ｂの方が結合エネルギーが小さく、つまり質量欠損が小さく、その分、位置エネルギーが高くなっています。

ＡからＢに変わるとき、質量欠損が位置エネルギーという形で放出されています。

以上の考えを原子核のことに当てはめてみてください。

補足

ご回答ありがとうございます。

自分の居る階が低いほど位置エネルギー→結合エネルギー
（質量欠損）になることは理解できます。

上記の例だと２階から１階へ下がったら位置エネルギーは結合
エネルギーとして使われるわけですが、逆に１階から２階へ上が
ったときは結合エネルギーは位置エネルギーとして蓄えられるの
ではなく外部へ放出されると解釈していいのでしょうか？

この解釈でいいのであれば１度下がったら１番最初の２階にいた
状態にはもどれないということでしょうか？

回答No.1

pasocom

アインシュタインによれば、E=mc^2　ということで質量とエネルギーとは相互交換可能と言われます。
しかし、世の中では物理法則が必ずしも相互方向に進むわけではなく、エントロピー増大の方向に進むものです。
この場合、質量（物質）→エネルギーという変換は容易に起きえますが、この逆にエネルギー→物質にはなり得ません。
これは身近な例で言うと、ある物体をテーブルの上に落とした場合、物体の位置エネルギーが熱エネルギーと振動エネルギー（音）に変換されますが、この逆に、物体に振動エネルギーと熱エネルギーを与えても物体が飛び上がることはない（正確に言うと、まれである）というのに似ているでしょう。

補足

ご回答ありがとうございます。

つまり１度質量欠損した分のエネルギーは分裂した際には
元の質量には戻らない（戻りにくい）ということでしょうか？