核裂变能量的来源是什么?

时间:2022-05-26 11:03:52   作者:
原子是由电子、质子和中子组成的。中子和质子比电子重1863到1862倍,因此比电子更具有局域性。所以电子在较重的原子中心周围形成云。这些中心也被称为核。化学反应涉及电子能量在单电子伏特量级上的变化。原子核的变化是能量的数百万倍,释放出数百万电子伏。裂变是把重核分裂成较轻的核。

每次铀235裂变事件200兆电子伏转化为每千克82.2万亿焦耳的能量。裂变一千克铀释放的能量相当于燃烧13462桶石油,避免释放9255吨二氧化碳。聚变是轻核结合成重核释放能量。Jetter循环结合锂6和氘产生氦4,释放22.4 MeV,即270.2万亿焦耳每千克。这相当于燃烧44,288桶原油避免释放30,448吨二氧化碳。

核裂变能量的来源是什么

每年可开采45000吨锂6。每年从915万公升海水中可以轻而易举地生产出1.5万吨氘。生产相当于2.55万亿桶的石油。世界每年生产328.3亿桶石油。核聚变是目前用油量的77.65倍,而且没有污染。

相同的电荷互相排斥。大的可裂变原子的原子核包含许多质子,它们都带正电荷,彼此非常接近。这些电荷之间的力与它们之间的距离成反比,它们之间的距离非常近。这代表了很大的力量。例如,铀是92号元素,所以有92个质子相互推动,努力分离。原子核因为强作用力而聚集在一起,而强作用力只在很小的距离上起作用。

裂变的发生是因为可裂变原子非常不稳定——这意味着只需要一点活化能就足以打乱原子核,从而使一些质子能够克服强大的力。一旦发生这种情况,库仑力(正电斥力)就会起作用,把原子核的两个部分非常用力地分开。(例如,46个质子相互推动46个质子。)大多数中子仍然附着在两个子核上,但平均有3个中子被释放出来。它们可能会继续与其他铀原子核碰撞,产生连锁反应。

当然,中子携带了一些能量,但能量的来源(约231电子伏特)是两个子核的电子排斥力。你可以把它想象成一个弹簧,当铀原子核在一起时,弹簧被压缩,当两个子核变成两个陌生人时,弹簧被释放。

我应该提一下,铀的原子核比裂变产物稍微重一些。静止质量的差异是由于原子核分裂时释放的束缚能造成的。它可以用著名的质能等价方程E=M*C^2来计算。这里省略了单位。E代表能量,M代表质量,C代表光速(或者更准确地说,是因果关系)。C的意思是快速,是宇宙中一个非常特殊的常数。
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