Tilgængelig energi

Den tilgængelige energi er kinetisk energi, der vises under eksotermiske kemiske reaktioner.

Mange reaktioner, der forekommer spontant i naturen, er eksoterme; det vil sige, at reaktionsprodukterne har en del af deres energi i form af kinetisk energi , som vil deltage i balancen, der fører til en stigning i den lokale temperatur , energi, som vi kan håbe på at genvinde.

Generel

I kernefysik kaldes denne kinetiske energi tilgængelig energi, og dens evaluering kan let udføres ved at overveje energierne fra de indkommende partikler eller kerner og de af de udgående partikler eller kerner. Det er naturligvis nødvendigt at overveje den nøjagtige masse af kernerne under hensyntagen til produkternes tilstand (grundlæggende eller ophidset).

Vi kan selvfølgelig være interesseret i den tilgængelige energi til hvert trin i en reaktionskæde eller være interesseret i al den energi, der kan genvindes. Evalueringerne er derefter forskellige for reaktioner af nukleare eksplosioner, hvor kun de få millisekunder af den indledende kædereaktion (før den hurtige spredning) vil gribe ind end timer eller måneder for alle reaktionerne i hjertet af et anlæg, hvor de samme reaktioner vil finde sted, men hvor energien genvundet i den ønskede form ( termisk energi fra varmeoverføringsfluidet) integrerer en god del af alle de tilgængelige reaktioner på hvert trin i kæden.

Visse kinetiske energier af produkter er praktisk talt uoprettelige på grund af svagheden i tværsnittet af reaktionerne, som kan føre dem til termisering ; dette er tilfældet med neutrinoer eller antineutrinoer, der fjerner en del af energien fra beta-reaktioner, mens energi i praksis er utilgængelig.

Særlige tilfælde

De radioaktivitet reaktioner afslører en særegenhed skyldes, at disse reaktioner, nukleare, meget involverer generelt neutrale atomer, eller meget svagt ioniseret. Det følger heraf, at energibalancerne kan tage hensyn til atomets elektroner; dette gør det muligt at udtrykke de tilgængelige energier som en funktion af masserne i de neutrale atomer, snarere end som en funktion af bindingsenergierne i kernerne i kernerne. Dette kommer af det faktum, at vi kan betragte energien af bindinger fra de perifere elektroner som ubetydelig sammenlignet med alle de andre mellemliggende energier: kernenergiens masse og elektronerne.

I de følgende ligninger vil det bemærkes, massen af et atom af atomnummer Z og massen nummer A . ${\ displaystyle {\ mathcal {M}} (A, Z)}$

α radioaktivitet: bemærke den forælder kerne , kommer ind, og barnet kerne, den energi til rådighed i referencen af faderen kerne er: ${\ displaystyle X_ {Z} ^ {A}}$ ${\ displaystyle Y_ {Z-2} ^ {A-4}}$

{\ displaystyle Q _ {\ alpha} = {\ mathcal {M}} (X) c ^ {2} - {\ mathcal {M}} (Y) c ^ {2} - {\ mathcal {M}} ( He_ {2} ^ {4}) c ^ {2}}

bemærk: svagheden ved elektronernes bindingsenergier tillader brug af massen af He-atomet i stedet for α-partikelens, selvom de tilsvarende elektroner stadig er på barnets kerne.

β radioaktivitet: vi ved, at to slags β-overgange mødes; β - hvor en udkastet partikel er en elektron, og β + for hvilken den er en positron. I begge tilfælde skabes der en anden partikel, henholdsvis antineutrino og neutrino, som fjerner en del af den energi, der frigøres ved reaktionen. En såkaldt elektronindfangningsreaktion er knyttet til β + -overgangen : en perifer elektron interagerer med en proton for at give en neutron.

Med hensyn til β reaktion - den tilgængelige energi er:

{\ displaystyle Q _ {\ beta ^ {-}} = {\ mathcal {M}} (A, Z) c ^ {2} - {\ mathcal {M}} (A, Z + 1) c ^ {2 } -E ({\ bar {\ nu}})}

. Bemærk: også her er massen af den oprettede elektron skjult i massen af det udgående atom. For β + reaktionen kommer det:

{\ displaystyle Q _ {\ beta ^ {+}} = {\ mathcal {M}} (A, Z) c ^ {2} - {\ mathcal {M}} (A, Z-1) c ^ {2 } -2m_ {e} c ^ {2} -E (\ nu)}

, og til elektronisk opsamling:

{\ displaystyle Q_ {CE} = {\ mathcal {M}} (A, Z) c ^ {2} - {\ mathcal {M}} (A, Z-1) c ^ {2} -E (\ nu )}

Det skal her huskes, at den statistiske undersøgelse af den tilgængelige energi af β-overgange afslørede den kontinuerlige natur af spektret af β-partikler og var et argument ved oprindelsen af opfindelsen af neutrino.