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一个铀235原子核裂变前后的“质量亏损”有多少?

发布时间:2019-10-28 20:09 来源:未知 编辑:admin

  19世纪末,随着放射性元素的发现,人们遇到一个新的疑难问题,即这些放射性元素衰变时产生的能量究竟是从哪里来的?例如,铀衰变时发射出的粒子能量大得惊人,比碳原子化合时所释放的能量大200万倍。镭除了辐射外还不断地产生大量的热,1g镭每小时可以释放出140Cal的热量,这种过程能够日复一日、年复一年地长期进行下去。和化学反应不同,这种能量的释放与温度无关,即使是在零下200℃的低温下或是6000℃的高温中,也一如既往。

  显然,这里涉及的是一种人们完全陌生的新的能量产生机理。而根据能量守恒定律,各种能量都不能凭空产生,它只能存在于物质之中。可它究竟藏在哪儿呢?科学家为此绞尽了脑汁。

  1905年,爱因斯坦发表狭义相对论,认为能量和质量都是物质的属性,提出质量与能量可以互相转化的关系式E=mc2,把以往人们一直认为相互毫无关系的质量和能量联系在一起。它将以往由法国科学家拉瓦锡提出的质量守恒定律与德国科学家亥姆霍兹的能量守恒定律合并成一个定律,即质能守恒定律。这一理论可以合理解释放射性元素衰变时释放能量的现象,因为极少的质量就可以转化为极大的能量。

  最初人们以为放射能存在于原子内部,所以把这种放射能叫做“原子能”。自从英国科学家卢瑟福发现了原子的结构,证明绝大部分原子质量都集中在原子核内,人们很自然地认为放射能存在于原子核中,因此又把放射能改称为“核能”。

  此后,人们又陆续发现了质子和中子。1925年,英国科学家阿斯顿进行磁场偏转实验,利用质谱仪非常精确地测定了氦原子核的质量,发现其质量并不刚好是构成它的2个质子与2个中子的质量总和,其中存在5.66*10^-26g的“质量亏损”。也就是说,单个核子的质量总是比结合在原子核里的每个核子的质量大。原子核里的质子和中子就是靠这些亏损的质量转化成的能量而紧密结合在一起的,科学家们将这些能量称为原子核的“结合能”。

  1938年,科学家们发现中子轰击铀原子核后会产生核裂变现象。当他们将裂变后两部分碎片的质量相加时,发现它们比裂变前的铀核质量和作为“炮弹”的中子质量之和要小,说明在铀核裂变反应过程中同样发生了质量亏损,而且亏损的质量异常巨大。1个铀235原子核裂变前后的质量亏损就达3.57*10^-25g。1g铀235裂变释放出的结合能相当于2300kg燃煤所发出的热能。这是人们首次认识到核能的巨大威力。

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