Wat is nucleaire bindende energie?
De kern van een atoom is de centrale kern, die bestaat uit een of meer protonen en, met uitzondering van alleen de lichtste vorm van waterstof, ook neutronen. Er is geen lading voor een neutron, maar toch voorkomt iets dat ze uit de kern glippen. Bovendien is elk proton in de kern positief geladen; ze moeten elkaar afstoten, de kern legen - wat energie voorkomt dit ook. De energie die al deze deeltjes in de kern houdt, is per definitie de 'nucleaire bindende energie'. Sinds Einstein de wiskundige relatie heeft ontdekt die materie gelijkstelt aan energie - E = mc 2 , waarbij E de energie is, m is de massa en c is de snelheid van het licht - de nucleaire bindende energie kan met relatief gemak worden berekend.
Massa in de kern komt uit twee bronnen. Een daarvan is de massa die elk deeltje zou bevatten als het geïsoleerd zou zijn, vrij van lading of zwaartekrachtsinteracties. De tweede bron van massa is de toename die direct kan worden toegeschreven aan de nucleaire bindende energie. Deze twee bronnen geven aanleiding tot de vergelijking m (t) = m (fp) + m (nbf) , waar "t" staat voor totaal, "fp" staat voor vrij deeltje en "nbf" staat voor kernbindkracht. Aangezien er niet zoiets bestaat als negatieve energie, moet de massa die kan worden toegeschreven aan de nucleaire bindende energie positief zijn en de energie van een totale kern, groter dan de som van zijn neutronen en zijn protonen.
Door deze vorm van de massa in de oorspronkelijke vergelijking in te voegen, is de totale energie van een kern E (t) = m (t) c 2 . Het volledig uitbreiden van deze vergelijking geeft E (t) = (m (fp) + m (nbf) ) c 2 . Dit vermenigvuldigen geeft E (t) = m (fp) c 2 + m (nbf) c 2 . Als de energie die kan worden toegeschreven aan geïsoleerde afzonderlijke deeltjes wordt afgetrokken, wordt die vergelijking nu gereduceerd tot E (t) - E (fp) = ΔE = m (nbf) c 2 , waarbij ΔE de toename in energie is boven die van vrije deeltjes - de nucleaire bindende energie.
Kernsplijting, of het splitsen van de atoomkern om kleinere atomen te produceren, die elk hun eigen bindende energie hebben, is van bijzonder belang voor het ontwerp en de werking van energiecentrales. De bindingsenergie van de resulterende atomen, afgetrokken van de bindingsenergie van de startatomen, geeft de netto opbrengst die ofwel constructief of destructief wordt toegepast. Constructief gebruik van deze kernenergie omvat de productie van elektriciteit, die bijna een vijfde van alle elektrische energie in de Verenigde Staten meet en meer dan driekwart van de stroom die in Frankrijk wordt gebruikt.