Дефе́кт ма́ссы () — разность между суммой масс отдельных составляющих какой-либо связанной физической системы взаимодействующих объектов (тел, частиц), находящихся в свободном состоянии, и массой само́й этой системы. В таком определении знак дефекта масс положителен; иногда дефект масс определяют как разность между массой системы и суммой масс компонентов, в этом случае знак отрицателен. С точностью до коэффициента дефект массы равен энергии связи системы:
Так, дефект масс атомного ядра — связанной системы из протонов и нейтронов — равен
где и — массы свободных протона и нейтрона, соответственно, — масса ядра.
Например, масса дейтрона (ядра атома дейтерия, тяжёлого изотопа водорода 2H), состоящего из одного протона и одного нейтрона, равна (или в энергетическом эквиваленте). Масса свободного протона равна (или /), нейтрона — (или /). Дефект масс будет равен
0,002 388 282 а.е.м. = 2,224 566 МэВ/.
В результате слияния одного моля протонов (масса ) и одного моля нейтронов (масса ) образуется 1 моль дейтронов массой , что на меньше, чем сумма масс исходных компонентов. Указанный дефект массы выделится как энергия, равная энергии связи одного дейтрона (), умноженной на число Авогадро (количество дейтронов в одном моле): (эквивалентно теплоте сгорания 5 тонн бензина).
Для атомных ядер понятие дефекта массы тесно связано с понятием упаковочного коэффициента (упаковочного множителя) или удельной энергии связи , т.е. дефекта массы или энергии связи, приходящихся на один нуклон:
где — массовое число, общее количество нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Удельная энергия связи и упаковочный коэффициент характеризуют устойчивость ядра.
Можно определить также относительный дефект массы системы — безразмерную величину, представляющую собой отношение дефекта массы к сумме масс компонентов системы: . Типичные значения относительного дефекта массы для атомных ядер средней массы составляют 0,008—0,009, для атомов (без учёта дефекта массы ядра) ~10−8...10−6. Астрономические объекты могут иметь существенный гравитационный дефект масс. Так, для звезды, близкой по массе к Солнцу, относительный гравитационный дефект массы составляет ~10−6, для белого карлика ~10−3...10−4, для нейтронной звезды ~10−1. Наибольший относительный дефект масс среди гравитационно связанных объектов характерен для чёрных дыр; он может достигать десятков процентов. Так, при слиянии двух чёрных дыр суммарной массой 65 , которое вызвало гравитационно-волновой всплеск GW150914, зафиксированный 14 сентября 2015 года, образовалась чёрная дыра массой 62 ; дефект массы в 3 был излучён в форме гравитационных волн.
Дефект массы всегда возникает в результате превращения энергии связи в энергию излучения (электромагнитного, нейтринного, гравитационного), покидающего образовавшуюся связанную систему.
См. также Эквивалентность массы и энергии
Примечания
Ссылки Астронет. Масса и энергия связи ядра Сивухин Д. В. Общий курс физики, т. 5, ч. 2
Категория:Ядерная физика Категория:Масса