核裂变方程式(原子核裂变反应)

相信大家对核聚变和裂变反应都很熟悉。简单来说，核聚变就是我们把一堆轻原子“捏”在一起，让它们变重，而核裂变就是我们把重原子“打碎”，分裂成更轻的原子。在我们的印象中，通过上述两种核反应都可以获得巨大的能量，于是有人提出了一个有趣的问题:核聚变和核裂变都可以获得能量。永动机可以根据这个原理造出来吗？

核裂变方程式(原子核裂变反应)插图

不得不说这是个好主意。理论上，所有元素都可以经历核聚变或裂变。所以，我们在可以随意操纵核反应的前提下，让一堆轻原子不断聚变，从中获取能量。当这些轻原子汇聚成重原子时，我们会让重原子裂变，然后从中获取能量...如此反复，不就是传说中的永动机吗？

然而，虽然想法是好的，但我们似乎忽略了一个问题，那就是核聚变和裂变产生的能量从何而来？

核裂变方程式(原子核裂变反应)插图(1)

我们把组成原子核的质子、中子、反质子和反中子统称为“核子”。显然，一个原子核的核子越多，它的质量就越大。需要指出的是，原子核的质量并不与原子核的数量成正比。研究表明，不同元素的原子核平均质量不同，如下图所示(横轴为原子序数，纵轴为原子核平均质量)。

核裂变方程式(原子核裂变反应)插图(2)

从上图可以看出，在所有元素中，铁(Fe)的原子核的平均核质量是最轻的，也就是说原子序数低于铁的原子核在聚集成更重的原子核时会失去质量。相应地，原子序数高于铁的原子核分裂成较轻的原子核时，也会失去质量。

早在100多年前，伟大的物理学家爱因斯坦就指出，质量和能量是物质的不同性质，两者之间有着明显的等价关系，他给出了著名的质能方程(E = MC^2).因此可以得出结论，核聚变和裂变产生的能量实际上来源于核反应中的质量缺陷。

核裂变方程式(原子核裂变反应)插图(3)

有了上面的知识，我们可以清楚地看到，即使我们能够精确地控制物质的核反应，不断地让比铁轻的元素发生核聚变，不断地让比铁重的元素发生核裂变，也不可能得到永恒的能量，因为物质的质量会不断地减少。

况且在这个过程中，必然会出现铁，而且由于铁的平均核质量最轻，无论是核裂变还是核聚变，都需要额外输入能量，所以我们不可能通过这种核反应从铁中获取能量。

话说回来，在宇宙的所有物质中，氢和氦这两种轻元素的质量几乎占到了98%。如果有一天我们人类真的可以随意操纵核反应(哪怕是最简单的氢聚变反应)，那么我们也可以获得难以想象的能量，让我们的文明水平迅速升级。

核裂变方程式(原子核裂变反应)插图(4)

正因为如此，全世界的人们都对可控核聚变充满希望，并投入了大量的人力物力来攀登人类科技的这一高峰。值得一提的是，在可控核聚变领域，中国处于世界领先地位。中国新一代受控核聚变研究装置——HL-2M托卡马克将于2020年投入运行。据悉，这一设施采用了非常先进的结构和控制方法，预计将产生超过2亿摄氏度的温度(太阳核心的温度约为1500万摄氏度)。

好了，今天就讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见

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核裂变方程式(原子核裂变反应)

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