高校物理の核反応における質量欠損とエネルギー放出の計算方法

高校物理で扱う核反応の問題において、質量欠損とエネルギー放出に関する理解は重要です。この問題では、原子核反応とエネルギーの関係について、E=mc²の概念をどのように適用するかが問われています。

質量欠損とその計算

質問に挙げられている反応は、重水素核（3H）と水素核（H）が反応して、何らかの原子核（X）と中性子を生成する反応です。この反応において、生成物の質量は反応前の質量と比較して減少します。この減少した質量を「質量欠損」と呼びます。

質量欠損は、反応後の生成物が、反応に使われた元の物質の質量よりも少ない場合に生じます。この質量の差は、E=mc²という有名な方程式に従ってエネルギーに変換され、反応のエネルギーを計算する際に使用されます。

核反応でのエネルギー放出の計算

反応における放出エネルギーは、質量欠損をエネルギーに換算したものです。質量欠損Δmは、反応の前後での質量の違いとして計算され、これをエネルギーに換算することで放出エネルギーが求まります。質問では、質量欠損とともに6.0MeVのエネルギーが放出されることが記載されていますが、このエネルギーがどのように求められるかも考慮する必要があります。

質量欠損Δmとエネルギー放出量を足し合わせることで、最終的なエネルギー値が得られます。これにより、反応後のエネルギーを正確に計算できます。

E=mc²は核反応においてどのように適用されるか

質問者が疑問に思っている通り、E=mc²は質量欠損の計算においても重要です。核反応においては、反応前後での質量の違い（質量欠損）がエネルギーに変換されるため、E=mc²は必ずしも別途考慮するものではなく、質量欠損を計算する際に自然に適用されます。

したがって、通常の核反応問題では、E=mc²の式を使ってエネルギーを計算する際に、特に「静止エネルギー」として再度考慮する必要はありません。この式自体がエネルギー変換の基本的な原理であるため、質量欠損を求める際に十分に考慮されていることになります。

まとめ

核反応における質量欠損とエネルギー放出の計算は、E=mc²の基本的な考え方に基づいています。反応前後の質量の違い（質量欠損）はエネルギーに変換され、そのエネルギーが放出されます。高校物理においては、E=mc²を別途考慮する必要はなく、質量欠損を通じて自然に適用されることを理解しておくと良いでしょう。