Q valore

In fisica nucleare e in chimica nucleare, il Q valore per una reazione nucleare è l'ammontare di energia rilasciata o assorbita dalla reazione.

Considerata la semplice reazione

a + b \to c + d

la legge di conservazione dell'energia può essere espressa come

m_{a} c^{2} + K_{a} + m_{b} c^{2} + K_{b} = m_{c} c^{2} + K_{c} + m_{d} c^{2} + K_{d}

dove $K$ è l'energia cinetica ed $m$ è la massa a riposo. Riscrivendo tale relazione nella forma

(m_{a} + m_{b} - m_{c} - m_{d}) c^{2} = K_{c} + K_{d} - K_{a} - K_{b}

è possibile definire il $Q$ valore come:

Q = - (K_{i n i z i a l e} - K_{f i n a l e}) = (m_{i n i z i a l e} - m_{f i n a l e}) c^{2}

Una reazione con un $Q$ valore positivo $(Q > 0)$ è detta esotermica poiché rilascia energia, in quanto l'energia cinetica finale è maggiore di quella iniziale. Una reazione con un $Q$ valore negativo $(Q < 0)$ è detta endotermica poiché assorbe energia, in quanto l'energia cinetica finale è minore di quella iniziale.

Il $Q$ valore è utilizzato anche in fisica delle particelle, per esempio nella Sargent's rule, che afferma che la frequenza delle interazioni deboli è proporzionale a $Q^{5}$ . Il $Q$ valore corrisponde all'energia cinetica rilasciata nel decadimento della particella a riposo. Per esempio, nel decadimento beta del neutrone:

Q = (m_{n} - m_{p} - m_{\overline{ν}} - m_{e}) c^{2}

dove $m_{n}$ è la massa del neutrone, $m_{p}$ è la massa del protone, $m_{\bar{ν}}$ è la massa dell'antineutrino elettronico ed $m_{e}$ è la massa dell'elettrone.

Note

↑ In reazioni di questo tipo, il $Q$ valore rappresenta quindi l'energia di soglia da fornire ai reagenti affinché la reazione avvenga.K.S. Krane, p. 381
↑ B.R. Martin and G. Shaw, p. 34.

Bibliografia

(EN) Kenneth S. Krane, Introductory Nuclear Physics, John Wiley & Sons, 1988, ISBN 978-04-71-80553-3.
(EN) B.R. Martin e G. Shaw, Particle Physics, John Wiley & Sons, 2007, ISBN 978-11-18-91216-4.

Collegamenti esterni

Nuclear Structure and Decay Data – IAEA, su www-nds.iaea.org. URL consultato il 29 settembre 2014.

[1] In reazioni di questo tipo, il $Q$ valore rappresenta quindi l'energia di soglia da fornire ai reagenti affinché la reazione avvenga.K.S. Krane, p. 381

[2] B.R. Martin and G. Shaw, p. 34.