13.1 પ્રસ્તાવના

પાછલા અધ્યાયમાં, આપણે શીખ્યા છીએ કે દરેક પરમાણુમાં, ધન વિદ્યુતભાર અને દળ પરમાણુના કેન્દ્ર પર તેના ન્યુક્લિયસની રચના કરીને ગાઢ રીતે કેન્દ્રિત હોય છે. ન્યુક્લિયસના કુલ પરિમાણ પરમાણુના પરિમાણો કરતાં ઘણાં નાના હોય છે. $\alpha$-કણોના વિખેરવાના પ્રયોગોએ દર્શાવ્યું કે ન્યુક્લિયસની ત્રિજ્યા પરમાણુની ત્રિજ્યા કરતાં લગભગ $10^{4}$ ગણી નાની હતી. આનો અર્થ એ છે કે ન્યુક્લિયસનું કદ પરમાણુના કદ કરતાં લગભગ $10^{-12}$ ગણું છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, પરમાણુ લગભગ ખાલી છે. જો કોઈ પરમાણુને એક વર્ગખંડના કદ સુધી વિસ્તૃત કરવામાં આવે, તો ન્યુક્લિયસ એક સોયની નોક જેટલું હશે. તે છતાં, ન્યુક્લિયસમાં પરમાણુનું મોટાભાગનું (99.9% કરતાં વધુ) દળ સમાયેલું છે.

શું ન્યુક્લિયસની રચના હોય છે, જેમ કે પરમાણુની હોય છે? જો હા, તો ન્યુક્લિયસના ઘટકો શું છે? આ ઘટકો કેવી રીતે એકસાથે બંધાયેલા છે? આ અધ્યાયમાં, આપણે આવા પ્રશ્નોના જવાબો શોધીશું. આપણે ન્યુક્લિયસના વિવિધ ગુણધર્મો જેમ કે તેમનું કદ, દળ અને સ્થિરતા, અને સાથે સંકળાયેલી ન્યુક્લિયર ઘટનાઓ જેવી કે રેડિયોએક્ટિવિટી, વિખંડન અને સંલયન પર ચર્ચા કરીશું.

13.2 પરમાણ્વીય દળ અને ન્યુક્લિયસની રચના

પરમાણુનું દળ એક કિલોગ્રામની તુલનામાં ખૂબ જ નાનું હોય છે; ઉદાહરણ તરીકે, કાર્બન પરમાણુ $ ^{12} \mathrm{C}$ નું દળ $1.992647 \times 10^{-26} \mathrm{~kg}$ છે. આવા નાના જથ્થાઓને માપવા માટે કિલોગ્રામ એ ખૂબ સુવિધાજનક એકમ નથી. તેથી, પરમાણ્વીય દળને વ્યક્ત કરવા માટે એક અલગ દળ એકમ વપરાય છે. આ એકમ પરમાણ્વીય દળ એકમ $(\mathrm{u})$ છે, જેને કાર્બન $( ^{12} \mathrm{C})$ પરમાણુના દળના $1 / 12^{\mathrm{th}}$ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આ વ્યાખ્યા મુજબ

$$ \begin{align*} 1 \mathrm{u} & =\frac{\text { mass of one } ^{12} \mathrm{C} \text { atom }}{12} \\ & =\frac{1.992647 \times 10^{-26} \mathrm{~kg}}{12} \\ \end{align*} $$

$$ \begin{align*} & =1.660539 \times 10^{-27} \mathrm{~kg} \tag{13.1} \end{align*} $$

પરમાણ્વીય દળ એકમ $(\mathrm{u})$ માં વ્યક્ત કરાયેલા વિવિધ તત્વોના પરમાણ્વીય દળ હાઇડ્રોજન પરમાણુના દળના પૂર્ણાંક ગુણાંક હોવાની નજીક છે. જો કે, આ નિયમ માટે ઘણા આશ્ચર્યજનક અપવાદો છે. ઉદાહરણ તરીકે, ક્લોરિન પરમાણુનું પરમાણ્વીય દળ $35.46 \mathrm{u}$ છે.

પરમાણ્વીય દળનું ચોક્કસ માપન માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર સાથે કરવામાં આવે છે, પરમાણ્વીય દળના માપનથી સમાન તત્વના વિવિધ પ્રકારના પરમાણુઓનું અસ્તિત્વ જણાય છે, જે સમાન રાસાયણિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે, પરંતુ દળમાં ભિન્ન હોય છે. સમાન તત્વની આવી પરમાણ્વીય જાતિઓ જે દળમાં ભિન્ન હોય તેને આઇસોટોપ કહેવામાં આવે છે. (ગ્રીકમાં, આઇસોટોપનો અર્થ એ જ સ્થાન, એટલે કે તેઓ તત્વોના આવર્ત કોષ્ટકમાં સમાન સ્થાને આવે છે.) એવું જણાયું કે વ્યવહારિક રીતે દરેક તત્વમાં ઘણા આઇસોટોપનું મિશ્રણ હોય છે. વિવિધ આઇસોટોપની સાપેક્ષ પ્રચુરતા તત્વથી તત્વમાં ભિન્ન હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ક્લોરિન,

બે આઇસોટોપ ધરાવે છે જેનું દળ $34.98 \mathrm{u}$ અને $36.98 \mathrm{u}$ છે, જે હાઇડ્રોજન પરમાણુના દળના લગભગ પૂર્ણાંક ગુણાંક છે. આ આઇસોટોપની સાપેક્ષ પ્રચુરતા અનુક્રમે 75.4 અને 24.6 ટકા છે. આમ, ક્લોરિન પરમાણુનું સરેરાશ દળ બે આઇસોટોપના દળના ભારિત સરેરાશ દ્વારા મળે છે, જે આ રીતે ગણવામાં આવે છે

$$ \begin{aligned} & =\frac{75.4 \times 34.98+24.6 \times 36.98}{100} \end{aligned} $$

$$ \begin{aligned} & =35.47 \mathrm{u} \end{aligned} $$

જે ક્લોરિનના પરમાણ્વીય દળ સાથે સંમત છે.

સૌથી હલકા તત્વ હાઇડ્રોજનમાં પણ ત્રણ આઇસોટોપ છે જેનું દળ $1.0078 \mathrm{u}, 2.0141 \mathrm{u}$, અને $3.0160 \mathrm{u}$ છે. હાઇડ્રોજનના સૌથી હલકા પરમાણુનો ન્યુક્લિયસ, જેની સાપેક્ષ પ્રચુરતા $99.985 %$ છે, તેને પ્રોટોન કહેવામાં આવે છે. પ્રોટોનનું દળ છે

$$ \begin{equation*} m_{p}=1.00727 \mathrm{u}=1.67262 \times 10^{-27} \mathrm{~kg} \tag{13.2} \\ \end{equation*} $$

આ હાઇડ્રોજન પરમાણુ $(=1.00783 \mathrm{u})$ ના દળ બાદ એક ઇલેક્ટ્રોનના દળ $(m_{e}=0.00055 \mathrm{u})$ બરાબર છે. હાઇડ્રોજનના અન્ય બે આઇસોટોપને ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રિટિયમ કહેવામાં આવે છે. ટ્રિટિયમ ન્યુક્લિયસ, અસ્થિર હોવાને કારણે, કુદરતી રીતે થતા નથી અને પ્રયોગશાળાઓમાં કૃત્રિમ રીતે ઉત્પન્ન થાય છે.

ન્યુક્લિયસમાંનો ધન વિદ્યુતભાર પ્રોટોનનો છે. એક પ્રોટોન એક એકમ મૂળભૂત વિદ્યુતભાર ધરાવે છે અને સ્થિર છે. અગાઉ એવું માનવામાં આવતું હતું કે ન્યુક્લિયસમાં ઇલેક્ટ્રોન હોઈ શકે છે, પરંતુ આ પછી ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંત પર આધારિત દલીલોનો ઉપયોગ કરીને નકારી કાઢવામાં આવ્યું હતું. પરમાણુના બધા ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની બહાર હોય છે. આપણે જાણીએ છીએ કે પરમાણુના ન્યુક્લિયસની બહાર આ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા $Z$ છે, જે પરમાણ્વીય ક્રમાંક છે. આમ, પરમાણ્વીય ઇલેક્ટ્રોનનો કુલ વિદ્યુતભાર $(-Z e)$ છે, અને કારણ કે પરમાણુ તટસ્થ છે, ન્યુક્લિયસનો વિદ્યુતભાર $(+Z e)$ છે. તેથી, પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા બરાબર $Z$ છે, જે પરમાણ્વીય ક્રમાંક છે.

ન્યુટ્રોનની શોધ

કારણ કે ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રિટિયમના ન્યુક્લિયસ હાઇડ્રોજનના આઇસોટોપ છે, તેઓ દરેકમાં ફક્ત એક પ્રોટોન જ ધરાવે છે. પરંતુ હાઇડ્રોજન, ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રિટિયમના ન્યુક્લિયસનું દળ 1:2:3 ના ગુણોત્તરમાં છે. તેથી, ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રિટિયમના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન ઉપરાંત, કેટલાક તટસ્થ પદાર્થ હોવા જોઈએ. આ આઇસોટોપના ન્યુક્લિયસમાં હાજર તટસ્થ પદાર્થનું પ્રમાણ, પ્રોટોનના દળના એકમોમાં વ્યક્ત કરતાં, અનુક્રમે લગભગ એક અને બે બરાબર છે. આ તથ્ય સૂચવે છે કે પરમાણુઓના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન ઉપરાંત, મૂળભૂત એકમના ગુણાંકમાં તટસ્થ પદાર્થ હોય છે. આ પૂર્વધારણાની 1932માં જેમ્સ ચેડવિક દ્વારા ચકાસણી કરવામાં આવી હતી જ્યારે બેરિલિયમ ન્યુક્લિયસ પર આલ્ફા-કણો ($\alpha$-કણો હિલિયમ ન્યુક્લિયસ છે, જેની ચર્ચા પછીના વિભાગમાં કરવામાં આવશે) સાથે બોમ્બાર્ડ કરવામાં આવ્યા ત્યારે તટસ્થ વિકિરણનું ઉત્સર્જન જોવા મળ્યું હતું. એવું જણાયું કે આ તટસ્થ વિકિરણ હલકા ન્યુક્લિયસ જેમ કે હિલિયમ, કાર્બન અને નાઇટ્રોજનના ન્યુક્લિયસમાંથી પ્રોટોનને બહાર કાઢી શકે છે. તે સમયે જાણીતું એકમાત્ર તટસ્થ વિકિરણ ફોટોન (વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ) હતું. ઊર્જા અને વેગમાનના સંરક્ષણના સિદ્ધાંતોના ઉપયોગથી દર્શાવ્યું કે જો તટસ્થ વિકિરણમાં ફોટોન હોય, તો ફોટોનની ઊર્જા $\alpha$-કણો સાથે બેરિલિયમ ન્યુક્લિયસના બોમ્બાર્ડમેન્ટથી મળતી ઊર્જા કરતાં ઘણી વધારે હોવી જોઈએ. આ પઝલની ચાવી, જે ચેડવિકે સંતોષજનક રીતે હલ કરી, એ હતી કે તટસ્થ વિકિરણમાં ન્યુટ્રોન નામના નવા પ્રકારના તટસ્થ કણો હોય છે. ઊર્જા અને વેગમાનના સંરક્ષણ પરથી, તે નવા કણનું દળ ‘પ્રોટોનના દળ જેટલું જ’ નક્કી કરવામાં સક્ષમ હતો.

ન્યુટ્રોનનું દળ હવે ઊંચી ચોકસાઈ સાથે જાણીતું છે. તે છે

$$ \begin{equation*} m_{\mathrm{n}}=1.00866 \mathrm{u}=1.6749 \times 10^{-27} \mathrm{~kg} \tag{13.3} \end{equation*} $$

ન્યુટ્રોનની શોધ માટે ચેડવિકને 1935 નો ભૌતિકશાસ્ત્રનો નોબલ પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો. મુક્ત ન્યુટ્રોન, મુક્ત પ્રોટોનથી વિપરીત, અસ્થિર છે. તે એક પ્રોટોન, એક ઇલેક્ટ્રોન અને એક એન્ટિન્યુટ્રિનો (બીજો મૂળભૂત કણ) માં ક્ષય પામે છે, અને તેનો સરેરાશ આયુષ્ય લગભગ 1000s છે. જો કે, તે ન્યુક્લિયસની અંદર સ્થિર છે.

ન્યુક્લિયસની રચનાને હવે નીચેના શબ્દો અને સંકેતોનો ઉપયોગ કરીને વર્ણવી શકાય છે:

$Z$ - પરમાણ્વીય ક્રમાંક $=$ પ્રોટોનની સંખ્યા [13.4 (a)]

$N$ - ન્યુટ્રોન સંખ્યા $=$ ન્યુટ્રોનની સંખ્યા [13.4 (b)]

$A$ - દળ સંખ્યા $=Z+N$

$$ \begin{equation*} \text { = total number of protons and neutrons } \tag{ 13.4(c) } \end{equation*} $$

પ્રોટોન અથવા ન્યુટ્રોન માટે એક ન્યુક્લિયોન શબ્દનો પણ ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આમ પરમાણુમાં ન્યુક્લિયોનની સંખ્યા તેની દળ સંખ્યા $\mathrm{A}$ છે.

ન્યુક્લિયર જાતિઓ અથવા ન્યુક્લિડ્સને સંકેત $ _{Z}^{A} \mathrm{X}$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે $ _{Z}^{A} \mathrm{X}$ જ્યાં $X$ એ જાતિનું રાસાયણિક સંકેત છે. ઉદાહરણ તરીકે, સોનાના ન્યુક્લિયસને $ _{79}^{197} \mathrm{Au}$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. તેમાં 197 ન્યુક્લિયોન છે, જેમાંથી 79 પ્રોટોન છે અને બાકીના 118 ન્યુટ્રોન છે.

કોઈ તત્વના આઇસોટોપની રચનાને હવે સરળતાથી સમજાવી શકાય છે. આપેલ તત્વના આઇસોટોપના ન્યુક્લિયસમાં સમાન સંખ્યામાં પ્રોટોન હોય છે, પરંતુ તેમની ન્યુટ્રોનની સંખ્યામાં એકબીજાથી ભિન્ન હોય છે. ડ્યુટેરિયમ, $ _{1}^{2} \mathrm{H}$, જે હાઇડ્રોજનનો આઇસોટોપ છે, તેમાં એક પ્રોટોન અને એક ન્યુટ્રોન હોય છે. તેનો બીજો આઇસોટોપ ટ્રિટિયમ, $ _{1}^{3} \mathrm{H}$, એક પ્રોટોન અને બે ન્યુટ્રોન ધરાવે છે. સોનાના તત્વમાં 32 આઇસોટોપ છે, જે $A=173$ થી $A=204$ સુધીની શ્રેણીમાં છે. આપણે પહેલાથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે કે તત્વોના રાસાયણિક ગુણધર્મો તેમની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના પર આધારિત છે. કારણ કે આઇસોટોપના પરમાણુઓ સમાન ઇલેક્ટ્રોનિક રચના ધરાવે છે, તેઓ સમાન રાસાયણિક વર્તન ધરાવે છે અને આવર્ત કોષ્ટકમાં સમાન સ્થાને મૂકવામાં આવે છે.

સમાન દળ સંખ્યા $A$ ધરાવતા બધા ન્યુક્લિડ્સને આઇસોબાર કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ન્યુક્લિડ્સ $ _{1}^{3} \mathrm{H}$ અને $ _{2}^{3} \mathrm{He}$ આઇસોબાર છે. સમાન ન્યુટ્રોન સંખ્યા $N$ પરંતુ વિવિધ પરમાણ્વીય ક્રમાંક $Z$ ધરાવતા ન્યુક્લિડ્સ, ઉદાહરણ તરીકે $ _{80}^{198} \mathrm{Hg}$ અને $ _{79}^{197} \mathrm{Au}$, ને આઇસોટોન કહેવામાં આવે છે.

13.3 ન્યુક્લિયસનું કદ

જેમ આપણે અધ્યાય 12 માં જોયું છે, રધરફર્ડ પાયોનિયર હતા જેમણે પરમાણ્વીય ન્યુક્લિયસના અસ્તિત્વની પૂર્વધારણા રજૂ કરી અને સ્થાપિત કરી. રધરફર્ડના સૂચન પર, ગેઈગર અને માર્સડેને તેમના ક્લાસિક પ્રયોગ કર્યો: પાતળી સોનાની પતરીઓ પર $\alpha$-કણોના વિખેરવા પર. તેમના પ્રયોગોએ જણાવ્યું કે ગતિજ ઊર્જા $5.5 \mathrm{MeV}$ ના $\alpha$-કણનો સોના ન્યુક્લિયસની નજીકનો અભિગમ અંતર લગભગ $4.0 \times 10^{-14} \mathrm{~m}$ છે. સોનાની શીટ દ્વારા $\alpha$-કણનું વિખેરવું રધરફર્ડ દ્વારા એવી ધારણા કરીને સમજી શકાયું હતું કે વિખેરવા માટે માત્ર કુલંબ પ્રતિકારક બળ જ જવાબદાર હતું. કારણ કે ધન વિદ્યુતભાર ન્યુક્લિયસ સુધી મર્યાદિત છે, ન્યુક્લિયસનું વાસ્તવિક કદ $4.0 \times 10^{-14} \mathrm{~m}$ કરતાં ઓછું હોવું જોઈએ.

જો આપણે $5.5 \mathrm{MeV}$ કરતાં વધુ ઊર્જા સાથે $\alpha$-કણોનો ઉપયોગ કરીએ, તો સોના ન્યુક્લિયસની નજીકનો અભિગમ અંતર નાનો હશે અને કોઈ બિંદુએ વિખેરવું ટૂંકા અંતરના ન્યુક્લિયર બળો દ્વારા અસર થવાનું શરૂ થશે, અને રધરફર્ડની ગણતરીઓથી અલગ પડશે. રધરફર્ડની ગણતરીઓ $\alpha$ કણ અને સોના ન્યુક્લિયસના ધન વિદ્યુતભારો વચ્ચેના શુદ્ધ કુલંબ પ્રતિકર્ષણ પર આધારિત છે. જે અંતરે વિચલનો શરૂ થાય છે તે પરથી, ન્યુક્લિયર કદનો અંદાજ લગાવી શકાય છે.

વિખેરવાના પ્રયોગો કરીને જેમાં ઝડપી ઇલેક્ટ્રોન, $\alpha$-કણોને બદલે, પ્રક્ષેપણો છે જે વિવિધ તત્વોથી બનેલા લક્ષ્યો પર બોમ્બાર્ડ કરે છે, વિવિધ તત્વોના ન્યુક્લિયસનું કદ ચોક્કસપણે માપવામાં આવ્યું છે.

એવું જણાયું છે કે દળ સંખ્યા $A$ ના ન્યુક્લિયસની ત્રિજ્યા છે

$$ \begin{equation*} R=R_{0} A^{1 / 3} \tag{13.5} \end{equation*} $$

જ્યાં $R_{0}=1.2 \times 10^{-15} \mathrm{~m}(=1.2 \mathrm{fm} ; 1 \mathrm{fm}=10^{-15} \mathrm{~m})$. આનો અર્થ એ છે કે ન્યુક્લિયસનું કદ, જે $R^{3}$ ના પ્રમાણસર છે, તે $A$ ના પ્રમાણસર છે. આમ ન્યુક્લિયસની ઘનતા એક સ્થિરાંક છે, $A$ થી સ્વતંત્ર, બધા ન્યુક્લિયસ માટે. વિવિધ ન્યુક્લિયસ સતત ઘનતાના પ્રવાહીની એક બુંદ જેવા છે. ન્યુક્લિયર પદાર્થની ઘનતા લગભગ $2.3 \times 10^{17} \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3}$ છે. આ ઘનતા સામાન્ય પદાર્થ, ઉદાહરણ તરીકે પાણી, જે $10^{3} \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3}$ છે, તેની તુલનામાં ખૂબ વધારે છે. આ સમજી શકાય તેવું છે, કારણ કે આપણે પહેલાથી જ જોયું છે કે મોટાભાગનો પરમાણુ ખાલી છે. પરમાણુઓથી બનેલા સામાન્ય પદાર્થમાં મોટી માત્રામાં ખાલી જગ્યા હોય છે.

ઉદાહરણ 13.1 આયર્ન ન્યુક્લિયસનું દળ 55.85u અને $\mathrm{A}=56$ આપેલ છે, ન્યુક્લિયર ઘનતા શોધો?

ઉકેલ

$m_{\mathrm{Fe}}=55.85$

$\mathrm{u}=9.27 \times 10^{-26} \mathrm{~kg}$

ન્યુક્લિયર ઘનતા

$$=\frac{\text { mass }}{\text { volume }}=\frac{9.27 \times 10^{-26}}{(4 \pi / 3)(1.2 \times 10^{-15})^{3}} \times \frac{1}{56}$$

$$ =2.29 \times 10^{17} \mathrm{~kg} \mathrm{~m}^{-3} $$

ન્યુટ્રોન તારાઓ (એક ખગોળભૌતિક વસ્તુ)માં પદાર્થની ઘનતા આ ઘનતા સાથે સરખામણી કરી શકાય તેવી છે. આ દર્શાવે છે કે આ વસ્તુઓમાં પદાર્થ એવી રીતે સંકુચિત થયેલો છે કે તે એક મોટા ન્યુક્લિયસ જેવો લાગે છે.

13.4 દળ-ઊર્જા અને ન્યુક્લિયર બંધન ઊર્જા

13.4.1 દળ - ઊર્જા

આઇન્સ્ટાઈને તેના વિશેષ સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંત પરથી દર્શાવ્યું કે દળને ઊર્જાના બીજા સ્વરૂપ તરીકે ગણવું જરૂરી છે. આ વિશેષ સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતના આગમન પહેલાં એવું માનવામાં આવતું હતું કે પ્રતિક્રિયામાં દળ અને ઊર્જા અલગથી સંરક્ષિત હતા. જો કે, આઇન્સ્ટાઈને દર્શાવ્યું કે દળ એ ઊર્જાનું બીજું સ્વરૂપ છે અને કોઈ દળ-ઊર્જાને અન્ય સ્વરૂપની ઊર્જામાં, ઉદાહરણ તરીકે ગતિજ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે અને ઊલટું.

આઇન્સ્ટાઈને પ્રસિદ્ધ દળ-ઊર્જા સમતુલ્ય સંબંધ આપ્યો

$E=m c^{2}$ (13.6)

અહીં દળ $m$ ની ઊર્જા સમતુલ્ય ઉપરોક્ત સમીકરણ દ્વારા સંબંધિત છે અને $c$ એ નિર્વાતમાં પ્રકાશની ગતિ છે અને લગભગ $3 \times 10^{8} \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-1}$ બરાબર છે.

ઉદાહરણ 13.2 $1 \mathrm{~g}$ પદાર્થની ઊર્જા સમતુલ્ય ગણો.

ઉકેલ

ઊર્જા,

$$ \begin{aligned} E & =10^{-3} \times(3 \times 10^{8})^{2} \mathrm{~J} \\ E & =10^{-3} \times 9 \times 10^{16}=9 \times 10^{13} \mathrm{~J} \end{aligned} $$

આમ, જો એક ગ્રામ પદાર્થને ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે, તો પ્રચંડ માત્રામાં ઊર્જા મુક્ત થાય છે.

આઇન્સ્ટાઈનના દળ-ઊર્જા સંબંધની પ્રાયોગિક ચકાસણી ન્યુક્લિયોન, ન્યુક્લિયસ, ઇલેક્ટ્રોન અને અન્ય તાજેતરમાં શોધાયેલા કણો વચ્ચેની ન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓના અભ્યાસમાં પ્રાપ્ત થઈ છે. એક પ્રતિક્રિયામાં ઊર્જાનો સંરક્ષણ નિયમ જણાવે છે કે પ્રારંભિક ઊર્જા અને અંતિમ ઊર્જા સમાન હોય