Q-verdi

Q-verdi i kjernefysikk og -kjemi er mengden energi absorbert eller frigitt under en kjernereaksjon. Verdien relaterer seg til entalpien av en kjemisk reaksjon eller energien til radioaktive nedbrytningsprodukter. Den kan bli bestemt fra massene av reaktantene og produktene. Q-verdien har en effekt på reaksjonsraten. Generelt vil en mere positiv Q-verdi for en reaksjon gi en høyere hastighet på reaksjonen, og gjøre slik at en likevekt vil «favorisere» produktene.
En generell formel for Q-verdien er:

  
    
      
        Q
        (
        M
        e
        V
        )
        =
        −
        931
        ,
        5
        Δ
        M
        (
        u
        )
      
    
    {\displaystyle Q(MeV)=-931,5\Delta M(u)}
  
Minusverdien foran konstanten er slik at Q-verdien er positiv for spontane reaksjoner.


== α-henfall ==
α-henfall er ofte observert for grunnstoffer tyngre enn bly. Den generelle formellen for α-henfall er:

  
    
      
        
          
            X
            
            
            
            Z
            A
          
          ⟶
          
            X
            
            
            
            
              Z
              
                −
              
              2
            
            
              A
              
                −
              
              4
            
          
          +
          
            H
            
            
            
            2
            4
          
        
      
    
    {\displaystyle {\ce {^{A}_{Z}X -> ^{A-4}_{Z-2}X + ^4_2H}}}
  
Q-verdien for en slik reaksjon blir dermed:

  
    
      
        
          Q
          
            α
          
        
        =
        −
        931
        ,
        5
        (
        
          M
          
            Z
            −
            2
          
          
            A
            −
            4
          
        
        +
        
          M
          
            H
            e
          
        
        −
        
          M
          
            Z
          
          
            A
          
        
        )
      
    
    {\displaystyle Q_{\alpha }=-931,5(M_{Z-2}^{A-4}+M_{He}-M_{Z}^{A})}
  
Fra ligningen ovenfor sees det at mindre masse vil frigi energi.


== β−-henfall ==
β−-henfall kan bli skrevet som:

  
    
      
        
          
            X
            
            
            
            Z
            A
          
          
            ⟶
            
              Z
              
                +
                1
                
              
            
            
              A
            
          
          X
          

          
          +
          

          
          
            β
            
            
            
            
              −
              1
            
            0
          
          +
          
            
              
                υ
                ¯
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle {\ce {^{A}_{Z}X->_{Z{+1}}^{A}X{}+{}_{-1}^{0}\beta +{\bar {\upsilon }}}}}
  
Derimot om en tar hensyn til elektroner, vil det nøytrale moratomet ha Z elektroner i sin orbital, men datteratomet, men kjerneladning Z+1 må dermed fange ett elektron fra omgivelsene for å forbli nøytral.

  
    
      
        
          
            X
            
            
            
            
              Z
              
                +
                1
                
              
            
            A
          
          

          
          +
          
            e
            
              −
            
          
          ⟶
          
            X
            
            
            
            
              Z
              
                +
                1
                
              
            
            A
          
        
      
    
    {\displaystyle {\ce {^{A}_{Z{+1}}X {}+ e- -> ^{A}_{Z{+1}}X}}}
  
Dermed blir formelen for å beregne Q-verdien:

  
    
      
        
          Q
          
            
              β
              
                −
              
            
          
        
        =
        −
        931.5
        (
        
          M
          
            Z
            
              +
              1
            
          
        
        −
        
          M
          
            Z
          
        
        )
      
    
    {\displaystyle Q_{\beta ^{-}}=-931.5(M_{Z{+1}}-M_{Z})}
  


== β+-henfall ==
β+-henfall kan bli skrevet som:

  
    
      
        
          
            X
            
            
            
            Z
            A
          
          ⟶
          
            X
            
            −
            
            
              Z
              
                
                  −
                
                1
                
              
            
            A
          
          

          
          +
          

          
          
            β
            
            
            
            
              +
              1
            
            0
          
          +
          υ
          
            ⟶
            
              Z
              
                
                  −
                
                1
                
              
            
            
              A
            
          
          X
          

          
          +
          

          
          
            e
            
            −
            
            
              −
              1
            
            0
          
          +
          

          
          
            β
            
            
            
            
              +
              1
            
            0
          
          +
          υ
        
      
    
    {\displaystyle {\ce {^{A}_{Z}X -> ^{A}_{Z{-1}}X^- {}+ {}^0_{+1}\beta + \upsilon ->^{A}_{Z{-1}}X {}+ {}^0_{-1}e^- +{}^0_{+1}\beta + \upsilon}}}
  
Elektronmassene som er assosiert med positron partikkelen gjør det slik at vi må inkludere to elektronmasser når Q-verdien kalkuleres:

  
    
      
        
          Q
          
            
              β
              
                +
              
            
          
        
        =
        −
        931.5
        (
        
          M
          
            Z
            
              −
              1
            
          
          
            A
          
        
        +
        2
        
          M
          
            e
          
        
        −
        
          M
          
            Z
          
          
            A
          
        
        )
      
    
    {\displaystyle Q_{\beta ^{+}}=-931.5(M_{Z{-1}}^{A}+2M_{e}-M_{Z}^{A})}
  


== Elektroninnfanging ==
Elektroninnfanging kan generelt bli skrevet som:

  
    
      
        
          

          
          
            X
            
            
            
            Z
            A
          
          
            
              →
              
                E
                C
              
            
          
          

          
          
            +
            
            
            
            
              Z
              
                
                  −
                
                1
                
              
            
            A
          
          X
          +
          υ
        
      
    
    {\displaystyle {\ce {{}^{A}_{Z}X ->[EC] {}^{A}_{Z{-1}}+X + \upsilon}}}
  
Følgende ligning beskriver Q -erdien

  
    
      
        
          Q
          
            E
            C
          
        
        =
        −
        931.5
        (
        
          M
          
            Z
            
              −
              1
            
          
          
            A
          
        
        −
        
          M
          
            Z
          
          
            A
          
        
        )
      
    
    {\displaystyle Q_{EC}=-931.5(M_{Z{-1}}^{A}-M_{Z}^{A})}
  


== Referanser ==