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一堆原子先聚變再裂變就會一直釋放巨大的能量嗎?

不是所有的核聚變和核裂變都要釋放能量,甚至某些元素的核聚變和裂變都會吸收能量,不過這需要很苛刻的條件!

根據愛因斯坦的質能方程E=mc2,能得出一個很明顯的結論:即便質量再小的物質,都能釋放巨大的能量,原因在於c2是個很大的係數!

不管是原子彈還是氫彈,它們之所以可以釋放能量就在於核子的分裂或者結合都虧損了質量,虧損的質量乘以光速的平方就是釋放的能量!

歸根結底地說:核聚變之所以會比核裂變釋放好幾百倍的能量,在於核聚變的質量虧損大於核裂變!

那為什麼核聚變會比核裂變質量虧損更多呢?

其實核子都可以分成輕核和重核,這個以鐵元素為基準!鐵前面的元素可以認為是輕核,鐵後面的原子可以認為是重核!

質子和中子以及它們的反物質統稱為核子,是構成原子核的粒子,這些核子之所以可以被結合在一起,是因為核子間有強大的核力,這是一種強力,遠比電磁力強勁!

要把核子們分離開來所需的能量隨著核子數的增多而增加!這種能量就是結合能!從下圖可以看出來,鐵的結合能最大,也就是說:鐵是最穩定的!

兩個實際的例子給你說明一下:

核裂變——原子彈

原子彈通過核裂變釋放能量,利用鈾元素的同位素鈾235做核裂變反應,這個反應的過程是一個鈾原子吸收一個中子,裂變成一個鋇原子核一個氪原子,並釋放三個中子。反應方程式是這樣的:U235+1nBa142+Kr91+3n。

計算一下反應前後的質量:左邊鈾原子的質量加上一個中子的質量為236.0526u,右邊鋇加氪加上三個中子的質量為235.8373u,比左邊少0.2153u,這就說明發生了質量虧損,這損失的質量就轉換成了能量。這就是核裂變能產生能量的原因。

核聚變——氫彈

氫彈的主要原理是核聚變,利用氫元素的同位素氘、氚,通過聚合反應將氫變成氦。這個反應過程大致是這樣的:首先外加能量使氘和氚聚合在一起,質子相加形成兩個質子的原子核——氦,同時釋放出一個中子。

反應方程式如下:2H+3HHe+1n,通過計算左右兩邊的質量,右邊的質量大約比左邊的質量少了0.0189u,這說明核聚變也發生了質量虧損,這損失的質量同樣轉化成了能量,所以核聚變也能產生能量。

By the way:太陽能夠源源不斷地發光放熱也是因為太陽上一直在發生了強烈的核聚變,並且截至目前,太陽已經核聚變了40多億年,估計還能反應50多億年。

那麼一堆原子先聚變再裂變就會一直釋放巨大的能量,是嗎?

是的!事實上我們利用的核裂變的能量就是通過核聚變產生的重元素再裂變出來的,但聚變需要能量,人工合成鈾元素所需要的聚變能量遠遠大於鈾元素核裂變所釋放的能量,這明顯是筆虧本買賣。那這些元素是哪來的呢?答案是大自然。

鈾元素的形成來自於超大質量恆星,超大質量恆星在氫核聚變反應結束之後,恆星在自身強大的萬有引力的作用下向內坍塌,壓縮,造成超高溫、高壓的環境,這樣極端的環境促使了更重的元素的聚變形成,比如金、鉑、鈾、鈈等元素,,,接著再通過宇宙中的一些高能反應比如超星星爆炸,將這些元素散播到宇宙空間中,其中一些則來到的地球。

這個過程將勢能、熱能等複雜的能量通過核聚變轉換成了核能並儲存在元素中,我們再通過核裂變將其釋放出來,大致就是這麼個過程。


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