當前位置: 華文世界 > 科學

核反應可以透過損失質素,釋放能量,那麽能量如何轉為質素呢?

2024-07-09科學

導語

夏普特教授從能量守恒出發,指出核反應之所以釋放能量並損失質素,說明能量轉換為質素,核反應所釋放的能量來自質素的轉換,這也是物理界的著名公式:E=mc^2。

假如完全懂了這個著名公式,那麽我們將會如此強大。

那麽能量又是如何轉換為質素?

核反應能量來源。

夏普特教授曾說過:假如世界上沒有能量轉換為質素的反應,那麽世界上將不會有任何物質存在。

這句話既然如此偉大,那麽我們就知道沒有能量轉換為質素這一反應的作用,那麽地球上將會發生什麽情況。

並且也不會有宇宙萬物這種存在。

這句話就會引發我們的思考:那麽能量又是如何轉換為質素的呢?

那麽這句話究竟是什麽意思?

如果我們想弄懂這句話,那麽我們先要了解這些知識。

首先從能量轉換為質素的反應說起,夏普特教授就會告訴我們,核反應是由質素之間的轉化造成的:例如在光核反應之後,核的質素會損失一部份,並且核還釋放出了一定的能量。

太陽便是依靠這種反應來釋放能量的,並且保持一直都存在的。

核能反應就是透過核子間的相互作用,來實作核能量的轉換,並且被廣泛地套用到核武器和核電站。

核能就是夏普特教授所說的能量轉換為質素,能量本身也和取之於這個質素的「血」,就是被能量轉化的質素。

最常見的方式就是:粒子和反粒子在撞擊時,電子也就是正負電荷的粒子,而正電子就是反粒子,當電子和正電子發生碰撞時,根據能量守恒定律,反粒子碰撞後就會被摧毀,並且能量將會釋放出來,所以被能量所轉化的質素就是反粒子的質素。

在實驗室需求中,這種質素轉換能量的反應將會被用來制備粒子和反粒子,並且讓人類了解核子以及更微觀的粒子的資訊。

普通質子和中子就是核子中最為基本的組成,中子和質子的組合就能夠生成更為復雜的核子,而這種反應就是核能反應,包括質子反應和中子反應這兩種核能反應並且還有多種反應。

並且這種反應也將會釋放出一定的能量,並且還會有粒子被射出,核分裂就是透過高能的粒子,對離子進行核打擊,從而使得核子發生變異,並且清楚的知道究竟是什麽原子核被打破,原子核會把散裂出去的粒子稱為「散裂核子」。

聚變又是指兩個質子融合在一起,能夠將原子核中的兩個質子和中子粒子結合在一起。

然後透過核反應的過程,發現兩個粒子融合在一起的時候,並不會產生能量,相反會吸收周圍物質的能量,是不是就是說這種反應沒有質素轉換能量?

但是我們都知道融合在一起的時候,總體重量一定會變輕,所以這個過程就是有一定的質素被轉化為了能量。

並且夏普特教授還給出了核能量和質素的轉化的價值,質子反應和反質子反應後,核子的質素變化1kg所釋放出來的能量是4.510^13焦耳,而在核 裂變反應中,質子反應和反質子反應後,核子的質素變化1kg所釋放出來的能量是1.510^16焦耳。

質子和中子結合。

這其中也有一個比較有趣的事情就是:夏普特教授點燃了一個煙火,有一個負責「熄火」的煙火,也有一個負責「點火」的煙火,但是有一個事情就是這兩個人只能以犧牲為代價,一個人幫助夏普特教授他就得犧牲1次,那麽這樣一來這兩個人就會輪流的犧牲,因為「熄火」的煙火點不燃,也就無法「點火」了,那麽這個神秘的事情又是什麽呢?

這也是一個有趣的小故事,讓我們了解夏普特教授所說的能量轉換為質素,以及核能反應的例子。

這個故事還能夠讓人們留下印象的,他就是要讓我們深刻理解核能反應。

當然核能反應還有一種能量還沒有被發揮,這就是核聚變反應,這種反應發生在太陽內部,核聚變反應產生的能量很大,在太陽中能量被釋放,就是夏普特教授所說的核聚變反應,這種反應能量巨大。

太陽就是依靠這種核聚變反應燃燒了4.5億年,並且每天都把數以百億億噸的能量釋放出來,還有的則被太陽吸收,這就是太陽為何能夠照亮我們的原因。

夏普特教授為什麽會說核能反應就是能量被轉化為質素?

當一粒質子和一粒中子進行核反應的時候,這就會轉換出一個氘核,一粒氘核的質素要比一粒質子和一粒中子的質素要輕一點,這兩粒氘核在高速運動碰撞的時候,質子和中子的急速碰撞就會被轉換為反應的能量。

那麽這種能量轉換為質素,這其中能量到底是如何轉換為質素的呢?

質變化衡能量變化。

其實核能反應中質素的變化和核子也有關,當有一個核子從一個能態躍遷到另一個能態時,這就會調整電子的軌域,並且核子從高能態躍遷到低能態的時候,這就會釋放出一定的能量,核子也會從一個能態躍遷到另一個能態,同樣會釋放能量,也會造成電子軌域的變化,其實同樣也有電子和正電子相互碰撞能夠釋放出一定的能量,夏普特教授就是根據這些知識來總結出能量轉換為質素。

這個過程就是能量轉換為質素的過程,其實質變化和能態變化都是能量變化,所以質變化和能量變化是一樣的,質素就相當於能量的儲存,也可以說是能量的「血」,在核能反應中,這種「血」所儲存的能量就是被質子和中子的組合的核子所儲存的。

這種能量要比電子和原子的電子組合儲存的能量更大,當這種「血」所儲存的能量被釋放時,就會發現能量會比一般的物質會儲存的更多,那麽向能量轉化為質素的過程,就是「血」所釋放出的能量,質素所改變,質子和中子組合也就被打破了,這就使得質子和中子的總質素要比原來小一些,所以就會有一些質素會被核能釋放掉,這就是被轉化為質子和中子的能量,等價於被核能釋放出來。

結語

當質子和中子組合在一起時,普通原子核就會產生出來,當這種原子核碰撞在一起時,所釋放出的能量就會被轉換為質素,同樣也會釋放出比原子核更小的核子,也就是核能反應中所釋放出的能量,我們所需要做的就是將這些能量當做資源來儲存。