Q值

提示：此条目的主题不是电气工程中的Q因子，也不是自行车中的Q值。

Q值是原子核物理学及核化学中的名词，核反应的Q值是指核反应所产生的能量。Q值是化学反应的焓变化以及放射性产物的能量有关，可以用反应物和生成物的质量来求得。Q值会影响化学反应速率，反应的Q值为正值，数字越大，表示反应的速度越快，也表示反应比较“喜欢”生成物。

$Q=(\,m_{\text{r}}-m_{\text{p}}\,)\times {\text{0.9315 GeV }}$

其中质量单位是道尔顿。而$\;m_{\text{r}}\;$和$\;m_{\text{p}}\;$分别是反应物和生成物的总质量。

定义

核反应前后的能量会守恒${\text{( }}E_{\text{i}}=E_{\text{f}}{\text{ ),}}$，以质能等价为基础的Q值定义就是以此开始。针对放射性粒子的衰减，动能差可以表示如下：

$Q=K_{\text{f}}-K_{\text{i}}=(\,m_{\text{i}}-m_{\text{f}}\,)\,c^{2}~$

其中K是质量m的动能。 Q值为正的反应表示是放热过程，会放出能量。因为最终态的动能比起始态的动能要大。 Q值为负的反应表示是吸热过程，会吸收能量。因为最终态的动能比起始态的动能要小。在化学反应中若反应焓为负，表示是放热反应，而在核反应中，Q值为正值表示是放热反应。

Q值也可以用核种的质量欠缺 $\Delta M$表示：

$Q=\Delta M_{\text{i}}-\Delta M_{\text{f}}~$

上式可以用此方式证明：核种的质量可以表示为$M=Au+\Delta M,~$，其中$A~$是质量数（质子和中子数量的总和），而$u=^{12}\!\!C/12=931.494$MeV/c$^{2}~$。而在核反应前后，核种的总和守恒，因此，$A_{f}=A_{i}~$且$Q=\Delta M_{\text{i}}-\Delta M_{\text{f}}~$。

应用

化学反应的Q值可以用量热法测量。放热的化学反应常会是自发性的反应，且可能会放出光或是热，让更多物质进行反应，因此可能会出现失控的回授情形（爆炸）。

Q值也用在粒子物理学中，例如萨晋定律（Sargent's rule）中提到弱相互作用的反应速度和Q值的五次方成正比。原子核物理学的Q值是静止的粒子衰变时产生的动能，例如中子的衰变，在中心转换为质子、电子和反电微中子时，失去了部份的质量：

$Q=(m_{\text{n}}-m_{\text{p}}-m_{\mathrm {\overline {\nu }} }-m_{\text{e}})c^{2}=K_{\text{p}}+K_{\text{e}}+K_{\overline {\nu }}={\text{0.782 MeV ,}}$

其中m_n是中子的质量，m_p是质子的质量，m_ν是电中微子的质量，m_e是电子的质量，而K是各粒子对应的动能，中子一开始是静止的，因此初始动能为零。在β衰变中，Q值约为1 MeV。

相关条目

• 结合能
• 聚变能量增益因子
• 量能器 (粒子物理)
• 衰变能
• Pandemonium效应

外部链接

• Nuclear Structure and Decay Data – IAEA with query on decays' Q-values