揭秘:核聚变与核裂变是两个相反的过程,为什么都会释放出能量?

魅力科学君 2024-05-24 18:21:04

在过去的很长一段时间里,人类使用的都是一些比较“初级”的能量,例如化学能、风能、水能等等,直到进了20世纪之后,人类才逐渐解锁了一种更“高级”的能量——核能。

核能是一种蕴含在原子核里的能量,这些能量可以通过核聚变、核裂变、核衰变等核反应过程释放出来,由于核衰变释放的能量相对很少,因此人类能够大量获取核能的途径,其实是核聚变和核裂变。

简单来讲,核聚变就是两个或多个较轻的原子核聚合成较重的原子核,核裂变则是较重的原子核分裂成两个或多个较轻的原子核,可以看到,核聚变与核裂变是两个相反的过程,那么,这两个过程为什么都会释放出能量呢?下面我们就来揭秘一下。

我们知道,原子核是由质子和中子构成,为了方便描述,我们通常将这些构成原子核的粒子统称为核子。

已知的所有元素,除了氢原子核以外,其他元素的原子核都是由多个核子构成,这些核子通过彼此间的相互作用结合在一起,如果我们想要将它们分开,就需要一定的能量来克服它们之间的相互作用,这个能量就被称为原子核的“结合能”。

由于一个原子核中的核子数量越多,其“结合能”就越大,因此我们并不能直接用“结合能”来评估一个原子核中核子结合的紧密程度,那应该用什么呢?答案就是:“比结合能”。

所谓“比结合能”,就是指一个原子核的“结合能”与构成这个原子核的核子数量的比值,它表示的是原子核内所有核子的“结合能”的平均值,所以“比结合能”越大,原子核内核子结合的紧密程度就越高,原子核也就越稳定。

正如前文所言,一个原子核的“结合能”,是指将这个原子核内的核子分开所需要的能量,那么反过来讲,当多个孤立的核子结合成一个原子核的时候,当然就会释放出能量,而这个能量,其实就与这个原子核的“结合能”相等。

所以我们就可以得到这样一个结论:在原子核通过某种核反应生成了另外的原子核的过程中,如果新生成的原子核的“比结合能”增大了,那么此过程就会释放出能量。有了这个结论,我们就可以来看一张图(如下图所示)。

这张图的横坐标代表原子核内的核子数,纵坐标代表“比结合能”,可以看到,铁元素(Fe)的“比结合能”是最大的,为什么会这样呢?这主要与原子核内的两种力量的“较量”有关。

在已知的元素中,除了氢元素之外,其它元素的原子核都存在两个及两个以上的质子,在这些原子核内存在着两种力量,一种是强相互作用力,它的作用是将核子结合在一起,另一种则是质子与质子之间的电磁力,它会造成质子之间彼此排斥。

尽管强相互作用力的强度是电磁力的大约137倍,但它却有一个“弱点”,那就是它的作用距离太短,大约在10的负15次方至10的负10次方米之间,而电磁力却是长程力,这就意味着,原子核内质子之间的排斥力是可以叠加的。

由于原子序数的数值其实就是原子核内的质子数,因此随着原子序数的增加,原子核内质子之间的排斥力就会越来越大,进而不断地“削弱”强相互作用力所起的作用,当达到一个临界点时,原子序数的增加,就会使原子核中核子结合的紧密程度降低,其“比结合能”就会变小,而这个临界点就是铁元素,在这种情况下,铁元素就成了“比结合能”最大的元素。

所以从理论上来讲,原子序数比铁小的元素发生核聚变(原子序数增大)、或者原子序数比铁大的元素发生核裂变(原子序数减小),其新生成的原子核都有可能出现“比结合能”增大的情况,而这样的情况一旦出现,就会释放出能量。

由此可见,核聚变与核裂变其实都能释放能量,只不过它们释放出能量是有条件的,简单来讲就是,只有原子序数比铁小的元素发生核聚变,或者原子序数比铁大的元素发生核裂变时,才有可能会释放出能量。

看到这里可能有人会问了,不是说核聚变与核裂变释放的能量是因为质量亏损吗?怎么又变成了“比结合能”了呢?其实这不难解释。

根据大名鼎鼎的质能方程(E = mc^2),质量和能量其实是等价的,所以一个原子核的“比结合能”越大,其内部的核子平均质量也就越低,在原子核通过某种核反应生成了另外的原子核的过程中,如果新生成的原子核的“比结合能”增大了,其平均核子质量当然也就会降低,于是就出现了质量亏损。

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评论列表
  • 2024-07-30 08:05

    能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。数学都是基于公理的演绎,超越公理的理解当然是虚幻。比如能量指动能和势能,都是相对的,与相对速度相互作用力有关,咋能与质量等效????质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖,祸害基本概念和认知方法。

  • 2024-08-03 08:51

    理论物理学进展缓慢(倒退)的原因:::::: (1)有不少观念认为,先创造假说~再证明,就是科学。这其实是一种悖论斯坦式两头骗术!!!假说认知自然有先例吗?数字文字概念符号包括几何公设,都是经验的理想化抽象,不预测任何真实,用于表达真实。与假说根本不同。………光速不变预测真实显然不能冒充公设,它不仅创造假说,还违背相对速度公理。(2)悖论斯坦的号称证明也是骗术!!!自然规律是全称命题,象万有引力定律一样,证伪当然有效,证明/证实当然无效,号称证明当然是斯坦骗术。牛顿自然哲学的观点是观测归纳,还是必要充分真实的归纳,明确反对创造假说!!!创造假说号称证明,是悖论斯坦蔑视自然欺师灭祖的狂妄之处。 (3)悖论斯坦骗术已经成了一种十分强大的科学时髦。实在是恐怖和难以理解的!!! (4)倒退是指创造假说泛滥,攻击已有物理公理物理概念和认知方法,以认知进化否定绝对真理,祸害哲学。

  • 2024-08-02 08:56

    聚变能量波向上,裂变能量波向下。能量就在波动间

  • 2024-07-12 06:57

    波与场的研究都是数学当物理,捉影弄鬼之术:::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,是粒子构成的,有波粒二象性???波是一种物质???以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么???破坏了认知自然的核心根基“确定性” ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),不必要的,无质量无运动的多余虚幻想象。……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,当然是光子。用了电磁波来解释而已,电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的有用的数学方法,质量与力才是宏观微观物质世界的根本,两朵乌云当然都是电磁理论的谬误,祸害牛顿何益?一个具体问题::电流磁场与电子磁矩啥关系???

  • 2024-07-12 06:55

    万能骗术之质能方程,泛化虚化破坏能量公理概念,>>远远胜过,任何东西能变油+油能变任何东西。。。到底是质量获得能量还是质量变成能量??? ………动能公式,清清楚楚明明白白,到处用天天用,是质量获得能量的经典公理。………能量概念清清楚楚,是对物质运动状态的描述,居然敢欺骗说物质与能量等效???何其狂妄可笑???………他爸爸有动能,他爸爸也有势能,动能和势能都能变成他爸爸。他到底有多少爸爸呀?质量与力是一切微观宏观世界的根本,他造假(创造假说)祸害质量概念就当儿戏!!!———无中生有解释稀奇的万能骗术::科学都是假设(嘲笑诚信观测归纳),场有作用力,真空里有波,质能等效转换,穿墙而过,刀枪不入,纠缠女朋友。。。号称,只是科技还没达到!………无中生有==时空无限而永远不可能证无,当然也永远不可能证有==欺骗无底洞!

  • 2024-07-30 07:35

    悖论斯坦五大骗术V2:: ——1.蔑视自然创造反公理假说(骗),由反公理假说演绎方程(骗),号称证明全称假说命题(骗)。 ——2. 数学假装物理,创造虚幻数学“物理概念”,破坏基本概念和认知体系。搞些莫名其妙的虚幻数学“相对时空”数学“质量”数学“能量”。相对速度是无穷多的,哪有高低速之分?还编造一个绝对速度钉子户?力与质量需要宏观微观两套规则? ——3. 以必然有不确定性的观测精度攻击确定性的引力公理,以必然有的认知进化祸害绝对真理。以宏观现象为基础的电磁理论描述微观粒子电磁行为明显不足,两朵乌云不奇怪,他却借机破坏伽利略变换! ——4. 指鹿为马,指马为鹿,“波粒二象性”,破坏认知自然的最核心根基——确定性。狗都认识自己的主人知道真假,不搞二象性。 ——5. 无中生有创造假说(鬼),用解释稀奇谎称证明且无耻于悖论(已有效证伪),却要求别人证明没有鬼,搞万能骗术!!!………水星进动证明的大笑话:(A).号称证明全称公设是欺骗。 (B).忽视了水星的电磁力等等影响因素(1974地外水星探测),居然弄出高精度?活见鬼还是见活鬼?(科学求真需要批判精神,绝不能包容谬误欺骗!)

    反电脑维修诈骗 回复:
    大师好久出书[点赞]
  • 2024-06-05 14:33

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称命题公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学的核心根基——确定性。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。………是恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!狗屎都有用,欺骗有啥用?迷信蔑视自然的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,自然科学的基础就玩完了!

  • 2024-07-16 10:53

    看看铁是什么样的就知道了

    己知未知 回复:
    铁只吃不拉
  • 2024-07-24 01:27

    重核裂变 轻核聚变

  • 2024-07-15 09:29

    释放能量的只是少数几个核聚变和核裂变反应而已

    小叶 回复:
    铁前面的核聚变释放能量,核裂变吸收能量,铁以后的核聚变吸收能量,核裂变释放能量,铁无论是核聚变还是核裂变都是吸收能量。

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