Wanneer een proton en een neutron bij elkaar gebracht worden kunnen ze een verbinding aangaan en een kern van deuterium ('zwaar waterstof') vormen. De massa's van , , en zijn nauwkeurig gemeten:

= 938.27231 MeV/c²
= 939.56563 MeV/c²
= 1875.61339 MeV/c²

De gebruikte eenheid, MeV/c², verdient een nadere toelichting. Uit de relatie volgt dat massa kan worden uitgedrukt in eenheden van energie gedeeld door , een constante. In 'MKSA' eenheden is de eenheid van energie de Joule, maar het is ook mogelijk - en in de hoge-energiefysica gebruikelijk - de elektronvolt, eV, te kiezen. Een elektronvolt is de hoeveelheid energie die een eenheidslading oppikt bij het doorlopen van een potentiaalverschil van 1 Volt. De eenheidslading (lading van het elektron) is gelijk aan 1.6 10^-19 Coulomb, dus 1 eV = 1.6 10^-19 J, 1 MeV = 10⁶ eV.

Figuur 7.1:

Omdat de massa van het deuteron (= deuteriumkern) kleiner is dan de som van de massa's van de samestellende delen, proton en neutron, moet er bij de vorming van het deuteron dus energie zijn vrijgekomen! Indien en bij elkaar gevoegd worden met verwaarloosbare snelheid, dan moet gelden dat de energie die vrijkomt gelijk is aan

= 2.22455 MeV

Deze energie komt vrij in de vorm van een foton:

(Een foton is massaloos; het is een kwantum van het elektromagnetische veld; cf. foto-electrisch effect.) Strikt genomen komt niet alle 'ontbrekende massa' ten goede aan de energie van het foton. Zelfs als vóór de reactie en t.o.v. elkaar in rust zijn, zal na de reactie het wegschieten (met de lichtsnelheid) en om impulsbehoud te garanderen moet in tegengestelde richting bewegen, met dezelfde impuls (zie figuur 7.1). Door de grootte van de massa is de met deze impuls samenhangende energie erg klein. (Immers, indien , dan ).

De hierboven besproken reactie is een voorbeeld van kernfusie. Meer in het algemeen blijkt dat lichte kernen kunnen samensmelten tot zwaardere terwijl er, net als in het voorbeeld hierboven, energie vrijkomt. Alle kernen tot en met ijzer kunnen op deze manier via fusie met 'energiewinst' geproduceerd worden (cf. het 'opbranden' van sterren). Omgekeerd blijken zwaardere kernen (een bekend voorbeeld is Uranium) zwaarder te zijn dan de 'som der delen' en komt er bij splijting van deze kernen energie vrij.

[INDEX]