核裂变和核聚变(核聚变辐射大还是核裂变辐射大)
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2023-11-15
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1. 核裂变和核聚变,核聚变辐射大还是核裂变辐射大?
只要涉及核材料的装置,都或多或少的存在辐射,是否“有害”(默认理解为对人)则取决于辐射防护条件和受照时间。
核聚变的辐射主要是在装置运行时,最易实现的氘氚核聚变每释放17.6 MeV能量就产生一个中子(14.1 MeV),相比于核裂变每释放200 MeV能量才产生2~3个中子(约2 MeV),核聚变被称为“贫能量富中子”,同等功率下,聚变的辐射强度更高。而且聚变中子的能量很高,穿透钢和混凝土的能力很强,对人的损害也很大,非常难实施有效屏蔽。所以运行中的核聚变装置对周围的辐射影响,比核裂变电站要强多的多的多的多。
2. 核聚变和核裂变听起来是两个完全相反的过程?
其实这个问题很好,但是表述上有点问题。不是所有的核聚变和核裂变都要释放能量,甚至某些元素的核聚变和裂变都会吸收能量,不过这需要很苛刻的条件!
我们根据爱因斯坦的质能方程E=mc²,能得出一个很明显的结论:即便质量再小的物质,都能释放巨大的能量,原因在于c²是个很大的系数!
不管是原子弹还是氢弹,它们之所以可以释放能量就在于核子的分裂或者结合都亏损了质量,亏损的质量乘以光速的平方就是释放的能量!
归根结底地说:核聚变之所以会比核裂变释放好几百倍的能量,在于核聚变的质量亏损大于核裂变!
那为什么核聚变会比核裂变质量亏损更多呢?其实核子都可以分成轻核和重核,这个以铁元素为基准!铁前面的元素可以认为是轻核,铁后面的原子可以认为是重核!
质子和中子以及它们的反物质统称为核子,是构成原子核的粒子,这些核子之所以可以被结合在一起,是因为核子间有强大的核力,这是一种强力,远比电磁力强劲!
要把核子们分离开来所需的能量随着核子数的增多而增加!这种能量就是结合能!从下图可以看出来,铁的结合能最大,也就是说:铁是最稳定的!
铁前面的元素属于轻核,其原子核中的核子数量较少!实验表明:
在铁前面的元素是这样的规律:若干个核子(总质量M)结合成更重的原子核(质量m)时,其的核子们原先的总质量M要比新结合的原子核质量m要大的多。所以轻核子们的总质量就亏损了,亏损质量Mο=M-m。反过来讲:新的原子核如果要再裂变成原来的轻核子,则需要吸收能量以弥补质量亏损Mο,才能恢复到原来轻核子们的总质量M,所以说轻核很难很难发生核裂变,目前人类技术还达不到让轻核子发生裂变!铁后面元素的规律和上面是相反的:重核子一般只会核裂变,因为原子核裂变前质量为M,裂变后的核子们总质量为m,M≯m。如果要重核子聚变则吸引吸收能量以弥补质量亏损,所以重核子只存在理论上聚变,现在人类还不足以让重核子聚变!所以我们常常听到原子弹以重元素铀和钚为原料;而氢弹则是以氘氚这样的轻核子为原料!最后研究表明:核子们结合后形成新的原子核的质量会比核子们的总质量小的多!而重核子裂变后的质量亏损程度却没有核聚变那么显著! 那么谁质量亏损的多,谁释放的能量就越大!
而铁元素是最稳定的,它既不会核聚变也不会核裂变!这是超新星爆发的根源!事实上,恒星总是依靠不断地聚变释放能量以对抗引力,维持体积的平衡!但是恒星内部不断聚变,总会导致其内部的元素越来越重,最后停留在铁元素这里就不会聚变了。因为重核元素不会再聚变。这就导致恒星本身不会再聚变以提供能量对抗引力,而重元素都会沉积在恒星内部,并导致恒星引力坍缩,随后物质急剧往内部沉积,导致剩余的轻核子短时间内集中聚变,从而引爆恒星(超新星爆发),最终走向死亡!
3. 核聚变与核裂变有什么不同?
1、概念不同:核聚变是指由轻的两个原子核合成一个比较重的原子核。核裂变是指由一个重的原子核分裂成两个或多个比较小的原子。
2、产生能量不同:核聚变不易控制,需要上亿度的高温,会产生巨大的能量,但核聚变在宇宙中是最常见的。核裂变也会产生巨大的能量,但是比不上核聚变。
3、蕴含燃料不同:核裂变的燃料在地球上蕴含的非常少,并且还会产生巨大的辐射,对人体造成不同程度的危害,其裂变完成后的废料也比较难处理;核聚变所产生的辐射会比核裂变少很多,并且其燃料是取之不尽的。
4. 为什么核聚变和核裂变都有质量损失?
答,那是因为当两个中子和两个质子构成氦核时,需要放出28.30MeV的能量。如果要将氦核拆成两个中子,两个质子,则需要向氦核体系施加28.30MeV的能量(做功)。
5. 为什么核聚变比核裂变更难控制?
相对来讲,核聚变相当困难。这一过程不需要中子轰击原子核启动反应,而需要使两个带正电的原子核距离足够近而发生融合。由于原子核并不含有电子,它们带正电且相互排斥。这意味着,原子核的能量必须非常高才能克服库仑力作用发生核聚变反应。不言而喻的是,高能粒子就是问题之所在。这也是核聚变反应困难而核裂变相对容易的原因(实际上也有些难度)。
6. 核裂变与核聚变是物理变化吗?
核聚变或核裂变是化学反应还是物理变化?
均为物理变化。
核裂变由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见,热中子轰击铀-235原子后会放出2到4个中子,中子再去撞击其它铀-235原子,从而形成链式反应。
核聚变由质量小的原子,主要是指氘,在一定条件下(如超高温和高压),只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚,让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用。
7. 聚变裂变比结合能都增加?
从能量方面分析,核裂变和核聚变都是放热反应,即比结合能增大反应,因为比结合能增大会释放能量使核更稳定。
从另一个方面分析,核裂变是重核裂变为中等质量核的过程,核聚变是轻核聚变为中等质量核的过程,而中等质量核是最稳定的核,即比核能最大的核,所以两种反应都是比核能增大的反应。
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1. 核裂变和核聚变,核聚变辐射大还是核裂变辐射大?
只要涉及核材料的装置,都或多或少的存在辐射,是否“有害”(默认理解为对人)则取决于辐射防护条件和受照时间。
核聚变的辐射主要是在装置运行时,最易实现的氘氚核聚变每释放17.6 MeV能量就产生一个中子(14.1 MeV),相比于核裂变每释放200 MeV能量才产生2~3个中子(约2 MeV),核聚变被称为“贫能量富中子”,同等功率下,聚变的辐射强度更高。而且聚变中子的能量很高,穿透钢和混凝土的能力很强,对人的损害也很大,非常难实施有效屏蔽。所以运行中的核聚变装置对周围的辐射影响,比核裂变电站要强多的多的多的多。
2. 核聚变和核裂变听起来是两个完全相反的过程?
其实这个问题很好,但是表述上有点问题。不是所有的核聚变和核裂变都要释放能量,甚至某些元素的核聚变和裂变都会吸收能量,不过这需要很苛刻的条件!
我们根据爱因斯坦的质能方程E=mc²,能得出一个很明显的结论:即便质量再小的物质,都能释放巨大的能量,原因在于c²是个很大的系数!
不管是原子弹还是氢弹,它们之所以可以释放能量就在于核子的分裂或者结合都亏损了质量,亏损的质量乘以光速的平方就是释放的能量!
归根结底地说:核聚变之所以会比核裂变释放好几百倍的能量,在于核聚变的质量亏损大于核裂变!
那为什么核聚变会比核裂变质量亏损更多呢?其实核子都可以分成轻核和重核,这个以铁元素为基准!铁前面的元素可以认为是轻核,铁后面的原子可以认为是重核!
质子和中子以及它们的反物质统称为核子,是构成原子核的粒子,这些核子之所以可以被结合在一起,是因为核子间有强大的核力,这是一种强力,远比电磁力强劲!
要把核子们分离开来所需的能量随着核子数的增多而增加!这种能量就是结合能!从下图可以看出来,铁的结合能最大,也就是说:铁是最稳定的!
铁前面的元素属于轻核,其原子核中的核子数量较少!实验表明:
在铁前面的元素是这样的规律:若干个核子(总质量M)结合成更重的原子核(质量m)时,其的核子们原先的总质量M要比新结合的原子核质量m要大的多。所以轻核子们的总质量就亏损了,亏损质量Mο=M-m。反过来讲:新的原子核如果要再裂变成原来的轻核子,则需要吸收能量以弥补质量亏损Mο,才能恢复到原来轻核子们的总质量M,所以说轻核很难很难发生核裂变,目前人类技术还达不到让轻核子发生裂变!铁后面元素的规律和上面是相反的:重核子一般只会核裂变,因为原子核裂变前质量为M,裂变后的核子们总质量为m,M≯m。如果要重核子聚变则吸引吸收能量以弥补质量亏损,所以重核子只存在理论上聚变,现在人类还不足以让重核子聚变!所以我们常常听到原子弹以重元素铀和钚为原料;而氢弹则是以氘氚这样的轻核子为原料!最后研究表明:核子们结合后形成新的原子核的质量会比核子们的总质量小的多!而重核子裂变后的质量亏损程度却没有核聚变那么显著! 那么谁质量亏损的多,谁释放的能量就越大!
而铁元素是最稳定的,它既不会核聚变也不会核裂变!这是超新星爆发的根源!事实上,恒星总是依靠不断地聚变释放能量以对抗引力,维持体积的平衡!但是恒星内部不断聚变,总会导致其内部的元素越来越重,最后停留在铁元素这里就不会聚变了。因为重核元素不会再聚变。这就导致恒星本身不会再聚变以提供能量对抗引力,而重元素都会沉积在恒星内部,并导致恒星引力坍缩,随后物质急剧往内部沉积,导致剩余的轻核子短时间内集中聚变,从而引爆恒星(超新星爆发),最终走向死亡!
3. 核聚变与核裂变有什么不同?
1、概念不同:核聚变是指由轻的两个原子核合成一个比较重的原子核。核裂变是指由一个重的原子核分裂成两个或多个比较小的原子。
2、产生能量不同:核聚变不易控制,需要上亿度的高温,会产生巨大的能量,但核聚变在宇宙中是最常见的。核裂变也会产生巨大的能量,但是比不上核聚变。
3、蕴含燃料不同:核裂变的燃料在地球上蕴含的非常少,并且还会产生巨大的辐射,对人体造成不同程度的危害,其裂变完成后的废料也比较难处理;核聚变所产生的辐射会比核裂变少很多,并且其燃料是取之不尽的。
4. 为什么核聚变和核裂变都有质量损失?
答,那是因为当两个中子和两个质子构成氦核时,需要放出28.30MeV的能量。如果要将氦核拆成两个中子,两个质子,则需要向氦核体系施加28.30MeV的能量(做功)。
5. 为什么核聚变比核裂变更难控制?
相对来讲,核聚变相当困难。这一过程不需要中子轰击原子核启动反应,而需要使两个带正电的原子核距离足够近而发生融合。由于原子核并不含有电子,它们带正电且相互排斥。这意味着,原子核的能量必须非常高才能克服库仑力作用发生核聚变反应。不言而喻的是,高能粒子就是问题之所在。这也是核聚变反应困难而核裂变相对容易的原因(实际上也有些难度)。
6. 核裂变与核聚变是物理变化吗?
核聚变或核裂变是化学反应还是物理变化?
均为物理变化。
核裂变由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见,热中子轰击铀-235原子后会放出2到4个中子,中子再去撞击其它铀-235原子,从而形成链式反应。
核聚变由质量小的原子,主要是指氘,在一定条件下(如超高温和高压),只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚,让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用。
7. 聚变裂变比结合能都增加?
从能量方面分析,核裂变和核聚变都是放热反应,即比结合能增大反应,因为比结合能增大会释放能量使核更稳定。
从另一个方面分析,核裂变是重核裂变为中等质量核的过程,核聚变是轻核聚变为中等质量核的过程,而中等质量核是最稳定的核,即比核能最大的核,所以两种反应都是比核能增大的反应。
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