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核聚变与核裂变


这是一个好问题,当初艾伯菌我也有同样的困惑,在了解更多知识后,才豁然开朗!

原因

主要原因是:每种原子内的核子(中子、质子、反中子和反质子的统称),平均质量存在差异,在铁原子中的平均质量最小。

这将导致:

(1)铁以下的原子,聚变会释放能量;

(2)铁以上的原子,裂变会释放能量;

核子质量

原子一般由质子和中子组成,比如氘核,氘核就由一个质子和一个中子组成,但是氘核的总质量,并不等于“质子质量+中子质量”。

因为它们之间的强相互作用,会因为相对论效应(质能方程),产生额外的相对论质量。

如此一来,不同原子的中子数和质子数不同,强相互作用存在差异,就会反映到核子的相对论质量上;对于每种原子的平均核子质量,就能反应每种原子的相对论质量大小。

平均核子质量图

如果把不同原子的平均核子质量列出,就能得到下图:

其中,铁原子是极值点,也就是说铁的平均核子质量最小,这就导致一个结论:

(1)比铁小的元素,发生聚变后,平均核子质量降低,亏损的质量将以能量形式释放;

(2)比铁大的元素,发生裂变,平均核子质量也降低,亏损的质量也以能量形式释放;

(3)图像上还可以看出,氢核的平均核子质量,大于重元素的平均核子质量,所以聚变亏损的质量大于裂变亏损的质量,释放的能量自然就更高;

这就是裂变和聚变,释放能量的基本原理。

其他情况

当然,如果你要反其道而行,也是可以的。

比如:

(1)比铁小的元素(比氕大),理论上也可以发生裂变,但是平均核子质量增加,需要补充能量,而且是大量的能量;

(2)比铁大的元素,也可发生聚变,平均核子也是质量增加,同样需要吸收能量,比如超新星爆发中,就能发生这样的核反应;

对于这两种情况,都需要吸收巨大的能量,所以反应条件非常苛刻,只有某些极端条件下,才能进行!

目前,人类能掌控核裂变反应,并用于发电,比如核电站,还有利用衰变释放能量的核电池;但是可控核聚变的技术目前还没有,不可控聚变就是氢弹。

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