核结合能

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核裂變發電機組

核结合能英语Nuclear binding energy),又稱原子能或核能,是由组成原子核的粒子之间发生的反应释放出的能量。原子能比化学反应中释放的热能要大将近5千万倍:铀核裂变的这种原子能释放形式约为200,000,000电子伏特(一种能量单位),而碳的燃烧这种化学反应能量仅放出4.1电子伏特[1]

1905年,阿尔伯特·爱因斯坦提出狭义相对论,之后作为推论,又提出质能方程E=mc²,(其中E=能量,m=质量,c=光速常量)。自此核能得到科学的解释和开发利用。

原理[编辑]

原子核由中子和质子构成。每个中子和质子都有自己的质量。但一个原子核的质量不完全等于每个中子和质子的质量和。   比如氦原子的质量M((He_2^4))=4.002603原子质量单位(u),氢原子的质量M((H_1^1))=1.007825u,中子的质量M(n)=1.008665u

氦核((He_2^4))的质量与组成它的2质子(即2个氢原子)与2个中子质量和不同:

2×M((H_1^1))+2×M(n)=2×1.007825u+2×1.008665u=4.032980u

M((He_2^4))= 4.002603u

其差值为:

△M=4.032980u-4.002603u=0.030377u

当二个中子和二个质子组成一个氦核时,要损失△M=0.030377u的质量。通过爱因斯坦的质能方程,可以算出由两个中子和两个质子形成一个氦核所释放的能量:ΔE=ΔM \cdot {c^2} =28.30兆电子伏特。

结合能与比结合能[编辑]

很显然,组成原子的核子越多,它的结合能就越高。因此,我们不妨将原子核的结合能与核子数之比定义为一个新的物理量——比结合能(又称平均结合能)。比结合能越大,原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定。精密的物理检测表明对于质量数偏低的原子,核子比结合能随着质量数的增大而增大,而在镁和铁之间达到最大,之后便随着质量数的增大而减小。因此可以得出,当重原子裂变成两个或多个原子时,生成原子的结合能总和会大于原来重原子所具有的结合能,此间的差值便会以热能的形式释放出来,这便是核裂变反应。反之,当几个轻原子结合,合成原子的结合能大于原本所有原子结合能之和,这便是核聚变反应放出能量的来源。

应用[编辑]

核能因为其巨大的能量具有强大的应用潜力但同时如果应用不当,落入反和平人士手中,其高强度能量却有可能变成全人类的灾难。核能一直备受抵制却不可替代。 核能的应用主要集中在以下幾種形式:

  • 核电站
  • 醫療(放射性治療)
  • 小型核能动力装置
  • 核武器

文献[编辑]

  1. ^ [1]

链接[编辑]

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