核物理

Q值(Q-value)

每一個核反應或衰變都附帶一個數字,指明它是釋放能量還是耗費能量、以及多少。那個數字就是 Q 值。它相當於在化學裡問一個反應是放熱還是吸熱,只不過改由靜止質量的變化來計算,而它一舉決定了一個過程究竟能否自發發生。

Q 值是反應物的總靜止質量能量減去生成物的:Q = (m_initial - m_final) c^2,對每一側所有粒子求和。等價地說,它就是釋放出的淨動能。Q 為正表示反應放熱(質量轉成生成物的動能),單就能量而言可自發進行;Q 為負表示吸熱,需要輸入能量,並有一個使其發生所需的門檻動能。對衰變而言,Q > 0 是該衰變在能量上被允許的必要條件,而 Q 就等於生成物分攤的動能。

你可從質量表計算 Q;使用原子(中性)質量時,在 β 負衰變中電子質量會方便地相消,但在電子捕獲或 β 正衰變中則不會,那裡必須小心地把 2 m_e c^2 算進去。關鍵而必須誠實的一點是:Q > 0 對衰變真正發生而言是必要卻不充分的:許多原子核的 α 衰變 Q > 0,卻因庫侖穿隧位障而慢得天文;其他躍遷則受角動量選擇律的節制。能量學只告訴你門是否開著,並不告訴你有什麼東西走過去、走得多快。

對氘-氚融合 D + T -> He-4 + n,由質量算得 Q = +17.6 MeV,分配為中子 14.1 MeV、氦-4 3.5 MeV。這個很大的正 Q 值正是氘-氚成為最易利用之融合燃料的原因。

正的 Q 值標出可供取用的能量;能否取得、取得多快,則是另一回事。

正的 Q 值是自發衰變的必要條件,卻非充分條件。位障與選擇律可讓一個能量上被允許的過程耗時比宇宙年齡還長。

又称
reaction energyQ反應能