請問”核反應中所產生的能量從何而來?”

Question

核反應......
反應式中質量數並無減少
那麼能量是從何而來的?
(請詳細論述........謝謝)^^

Answer 1

我想提問者你不明白的地方在於：
1. 你以為原子核的質量會等於其中的質子加中子的質量總和
2. 你以為質量數守恆, 質量就會守恆
事實上以上這兩種觀念都是錯誤的

假設有 12 顆彈珠, 每顆分別秤重是 100 公克, 那麼我們把 12 顆擺在一起秤, 一定會得到 1200 公克的結果。但在核反應中, 卻完全不是這麼一回事。

一顆中子的質量是 1.00866 amu, 一顆質子的質量是 1.00728 amu, 六顆質子加上六顆中子的總質量是 (1.00866+1.00728)*6, 等於 12.09564 amu。但如果將這六顆中子與質子結合為碳12原子核時, 碳12原子核的質量卻不是 12.09564, 而是 12.00000 ! 這其中少掉了 0.09564 amu , 也就是說, 在質子中子結合成原子核的過程中, 會有一小部份的質量不見了, 我們稱這種現象為"質量虧損"。也就是說, 【質量數不變, 但質量卻減小了】。你可以這樣想像, 個別質子中子結合為原子核的過程中, 每顆質子或中子都"變瘦"了。而虧損的質量會以能量的形式放射出來, 我們稱這能量為"結合能"。

因此我們可以這麼說：結合能就是個別質子與中子結合形成原子核時, 所放出的能量。換個角度, 假設我們要把原子核拆開成為各個獨立的質子與中子, 則我們也必須加入相同的能量才行。因此結合能也可以說成是原子核分裂成獨立的質子與中子時, 所吸收的能量。

如果我們把碳12的結合能除以 12, 會得到【平均結合能】, 也就是6質子6中子結合成碳原子核時, 平均每顆質子或中子所能放出的能量。

到這裏, 你可能會認為每種原子核的"平均結合能"都會相同, 但事實上不對。不同的原子核的"平均結合能"並不相同, 也就是說, 每一顆質子與中子結合形成不同的原子核, 所虧損的質量並不相同。

質子與中子結合形成碳12時, 平均每顆質子或中子將損失 0.09564/12 = 0.00797 amu 的質量, 但結合形成鈾235的原子核時, 平均每顆質子與中子所虧損的質量卻比 0.00797 小得多。

我們來看一個核分裂反應, (鈾235)+N ---> (鋇137)+(氪97)+2N
此反應中, 我們可以把它拆解為兩個步驟：
一. (鈾235)先吸收能量(結合能), 分解成235顆獨立的質子與中子
二. 然後這些質子與中子再分別結合成(鋇137)與(氪97), 同時放出結合能。
步驟一必須吸收能量(鈾235的結合能), 步驟二則是放出能量(鋇137與氪97的結合能)
由於(鋇137)加上(氪97)的結合能遠大於(鈾235)的結合能, 也就是說整個過程釋放的能量比吸收的能量多得多, 因此這個反應可以產生相當大的能量出來。這些能量來自於質子與中子形成鋇與氪原子核時, 所發生的"質量虧損"(當然要扣掉鈾的結合能), 因此我們說, 質量虧損才是核反應可以產生巨大能量的真正原因。

再重申一次, 質子與中子結合成原子核時, 每顆質子與中子都會減少一點點質量, 這是核反應質量不守恆的原因, 也是核反應產生巨大能量的原因。

Answer 2

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Answer 3

這是愛斯因坦ㄉ公式===>E=mc2
由小的物質轉變成巨大ㄉ能量!(不遵守質量轉換定律..)

Answer 4

>>兩個質子與兩個中子可形成一個氦核({4}{2}He{+2})
但發現:He氦之原子量為 4.00260克/莫耳~並不等於兩莫耳質子+兩莫耳中子
>>兩莫耳質子=(Mn=1.00782)兩莫耳中子=(Mn=1.00866)
>>其質量少0.03036克/莫耳...因此可產質量變成能量E部分
>>E=0.03036(2.9979 X 10的10次方)2次方
=2.732 X 10的19次方 格/莫耳
=6.530 X 10的11次方 卡/莫耳
=28.37 Mev
>>1Mev為一百萬電子伏特=2.3016 X 10的10次方 卡/莫耳之能量
>>以上是氦的結合能~單一氦原子計算=28.32/4 = 7.08Mev
>>可稱質量虧損(Mass defect)
-----------------------------------------------------------------------------------------
{235}[92]U+{1}[0]n--->>{141}[56]Ba+{92}[36]Kr+ 3{1}[0]n + 4.5 X10的9次方千卡
解說:鈾U235+1個熱中子-->>產生Ba141+Kr92+3個熱中子+4.5 X10的9次方千卡
{235}[92]U+{1}[0]n--->>{143}[54]Xe+{90}[38]Sr+ 3{1}[0]n + 4.6 X10的9次方千卡
解說:鈾U235+1個熱中子-->>產生Xe143+Sr90+3個熱中子+4.6 X10的9次方千卡
>>注意原子量的變化!~141+92=233~143+90=233 ? 235-233=2原子量跑到那裡去
變成能量呦(是易董簡化計算)
===================================================================
有不知道再問我呦~感恩喔

2006-07-29 00:06:10 補充：
抱歉太簡化計算........造成誤解~非常抱歉 \ 用卡準好呦>>鈾U235質量為(235.043922u)>>中子N質量為(1.008664u)>>鈾U236質量為(236.045562u)獲中子被分裂的核種>>鋇Ba141質量為137.34莫耳質量>>氪Kr92 質量為83.80莫耳質量>>氙Xe143質量為131.30莫耳質量>>鍶Sr90質量為87.62莫耳質量

2006-07-29 00:27:12 補充：
>>235U=235.0439u>>140Ce=139.9054u>>94Zr=93.9063u>>n=1.00866u>>Q= - △mc2 >>△m = (139.9054u+93.9063u+1.00866u)-(235.0439u)= - 0.22354uQ= - △mc2 = - (0.22354u)(931.494013MeV/n)=208MeV

2006-07-29 20:24:16 補充：
>>235U=235.0439u>>141Cs=140.91963u>>93Rb=92.92157u>>n=1.00866u>>Q= - △mc2>>△m = (140.91963u+92.92157u+1.00866u)-(235.0439u)=- 0.19404uQ= - △mc2 = - ( 0.19404u )(931.494013MeV/n)=180MeV

2006-07-29 21:04:22 補充：
>>He=4.002603u>>H=1.007825u>>Q= - △mc2= - [(4.002603u)-(4)(1.007825u)][931.5MeV/u]=26.7MeV是氫融變成氦計算~有忽略掉微中子注意

2006-07-29 22:17:52 補充：
反應式中質量數並無減少~那麼能量是從何而來的?---------------------------------------------------------------------->>鈾238U被熱中子撞擊不會放出中子~被撞擊後進入β衰變後會產生.最後穩定產物=140Ce~99Ru>>β衰變分裂過程會放出能量

2006-07-29 22:18:56 補充：
>>238U=238.05079u>>140Ce=139.90543u>>99Ru=98.90594u>>n=1.00866u139.90543u+98.90594u=238.81137u大於238U~是Ce+Ru238.05079u+1.00866u=239.05945u~吸收中子~U+n239.05945u-238.81137u=0.24808u~吸收物減反應物加總>>Q= - △mc2 = - ( 0.24808u)(931.494013MeV/n)=231MeV~這種的我不太會算(怕有誤差)>>好像變成239Pu的煉製過程呦?鈽原料原出來呦!

Answer 5

核反應中所產生的能量從何而來?”http://resources.emb.gov.hk/physics/articleDoc/AtomicPhysics/02Star_maker(Chinese).doc 核聚變的燃料 氘( )是一個常見的氫同位素，可以容易及無限地從水中取出（ 是一般的水，而 則稱為重水）。相反地，氚( )卻只有少量存於大自然中，故此它需要利用於聚變中產生的中子經以下的反應製造：  從以上可知，核聚變所需的燃料其實是氘和鋰（lithium 或Li）。地球上的鋰藏量估計足可應付數千年所需，但科學家最終的目標是利用以下的核聚變反應來產生能量。如果成功，則無需再生產氚，那時我們就可擁有用之不竭的能量了。  高溫下的燃料 讓我們先看看一些基本的問題。你知道要達到太陽的溫度並不難嗎？當一個原子核被加速到1 keV時，它的溫度大概是攝氏一千萬度，差不多是太陽的溫度。但是要它保持這溫度卻非常困難（請你先想想原因然後再往下看）。為什麼原子核的溫度跟它的動能有關呢？你可以想像把一固體加熱時的變化。在固態時，原子或分子的動能很低，所以它們是被固定的。當溫度提升時，原子或分子的動能相應增加。在熔點時，原子或分子已有足夠的動能令它們不被束縛而可隨意流動，變成液態。當溫度繼續上升到沸點時，原子或分子的動能可令它們個別離開液體變成氣態。從這個例子我們知道溫度其實是在量度原子或分子的動能。如果把原子加速令溫度升至攝氏數百萬度，它裡面所有軌道的電子就會全部和原子核分離，形成電離狀態，或稱為等離子體。只有在這高溫下，原子核才有足夠的動能來抗拒它們之間的排斥，令核聚變可以發生。