2017.10.21 03:27
核裂变概念
核裂变，又称核分裂，是指由重的原子核（也就是较大的原子核）分裂为两个多个质量较小的原子或核子的过程。本文属于高中物理选修3-5《原子核》的内容，主要帮助同学们解决：
核裂变为什么释放能量？简而言之是因为存在质量亏损。能量释放与核裂变质量亏损计算满足爱因斯坦的质能方程。
太阳核裂变还是核聚变？太阳是核聚变而不是核裂变。
核裂变的元素
最为常见的核裂变元素是铀与钚。核裂变过程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、裂变核电站或核能发电厂的能量来源就是核裂变。
核裂变与链式反应
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，从而形成如图所示的链式反应。
铀235的原子核在吸收一个中子后发生裂变，一分为二。铀核裂变放出2～3个中子，这些中子又会打中旁边的两个核，并击破它们。这又会产生出4个新的中子，粉碎另外4个核。这样。由1个铀核裂变引起2、4、8、16……个铀核裂变，很快把整块铀卷入，释放出无比巨大的能量。链式反应可以不断供给核分裂所需要的大量中子，是反应堆运转的必要条件。
链式反应如果不依靠外界的作用能持续下去，则称为自持链式反应。核裂变是典型的自持链式反应。
核裂变与原子弹
核裂变是在1938年发现的，由于当时第二次世界大战的需要，核裂变被首先用于制造威力巨大的原子武器——原子弹。
原子弹的巨大威力就是来自核裂变产生的巨大能量（见下方解释）。战后，人们除了将核裂变用于制造原子弹外，更努力研究利用核裂变产生的巨大能量为人类造福，让核裂变始终在人们的控制下进行。核电站就是利用核裂变来发电的。
原子弹（Atomic bomb）是核武器之一，是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。主要包括裂变武器（第一代核武，通常称为原子弹）和聚变武器（亦称为氢弹，分为两级及三级式）。亦有些还在武器内部放入具有感生放射的轻元素，以增大辐射强度扩大污染，或加强中子放射以杀伤人员（如中子弹）。核武器是指利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量，产生爆炸作用，并具 有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235（厬U）或钚239（厱Pu）等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器，通常称为原子弹；主要利用重氢（氘）或超重氢（氚）等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器，通常称为氢弹。
核裂变为什么释放能量
根据爱因斯坦的质能方程，△E=△mc2可知：
能量的亏损，会引起巨大的能量，比例系数为光速的平方。重核的核裂变过程中，存在着质量亏损。具体见下方铀元素的核裂变方程介绍。
铀元素的核裂变方程
以铀U235为例，其核裂变方程为
如上文所述，一个中子的轰击，产生了三个中子，继续撞击另外的三个原子核，进而使得链式反应无限进行下去，直到所有核子都反应完。
上述方程中，左侧的总质量要比右侧的总质量大，因此存在着质量亏损。根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2可知，铀U235的核裂变会释放大量的能量。
这既是原子弹的原理，也是核电站发电的原理。值得注意的是，后者的反应被严格控制。
核裂变质量亏损计算
核裂变质量亏损计算，需要借助爱因斯坦质能方程△E=△mc2来求解。
太阳核裂变还是核聚变
太阳辐射能量，是核聚变而不是核裂变。核聚变就是小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核。需要注意的是，只有小质量的两个原子核合成，才能释放能量。较大的核聚变并不会释放能量，这已经超出了高中物理的教学范畴了，大家了解即可。
求解核裂变物理题须知
铀的核反应方程中，左侧必须含有一个中子，不能与右侧的中子进行减法运算，这一点与化学方程式不同。
并不是所有元素裂变都释放能量，只有较大的原子核裂变才会释放能量，这已经不属于高中物理的教学范畴了，大家了解即可。
原创/王尚
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本文发表于2017年10月21日；标签归档: 高中物理选修3-5；本站文章拒绝任何形式转载，否则法庭见。
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