核聚變反應中,都說是損失了質量,釋放能量,可是損失的質量在哪?

ChungKeung


這就是質能轉換,質量轉換成了能量。否則釋放的能量從哪裡來?

冬天烤火要燒木炭或者用電煤氣燒鍋爐供暖,燒掉的煤或者氣轉變成了熱量,那麼陽光暖烘烘的就不要消耗物質?

太陽中心每秒鐘有6億噸的氫轉化成了5.858億噸的氦,那麼還有420萬噸的物質哪兒去了呢?就是變成了能量。

這個能量有多大呢?根據愛因斯坦質能方程E=mc^2計算:

E=MC^2=420萬噸×299792458^2

約等於3.8×10^26J

這個能量相當於910億顆百萬噸級氫彈爆炸威力,或者1.3億億噸煤燃燒釋放的熱量。

我們地球只能接受到太陽能量的22億分之一,卻相當每秒鐘4000萬噸TNT爆炸當量,相當於3000多顆廣島原子彈同時爆炸的威力,或者1000萬座三峽大壩發電的總量。

這就是質能轉換的威力。太陽中心每時每刻都發生著氫核聚變,每天6億噸氫有420萬噸質量轉化為能量,420/600000000,氫核聚變質能轉換率很顯然只達到0.7%。

愛因斯坦質能方程的重大意義就在於,任何物質質量完全轉換成能量,就會爆發出巨大的威力。

過去,人類使用能源的方式,質能轉換率很差,因此效率很低。比如我們用煤燃燒所取得的質能轉換率只能達到0.0000028%,也就是說99.9999972%的物質變成廢渣廢氣浪費掉了,1噸煤只得到了0.028克質量的能量。

現在人類瞭解了核裂變和核聚變的質能轉換規律,核裂變的質能轉換率達到0.13%,而核聚變可以達到0.7%,是核裂變的5倍多。

但目前人類還只是掌握了可控核裂變的使用技術,比如核發電。對於核聚變還只能製造氫彈,一次性突然釋放能量的方式很難用於社會生活需要,因此攻克可控核聚變是世界上一個重要的科學課題。

人類已知質能轉換率最高的物質就是反物質,反物質與正物質結合就會瞬間湮滅,釋放出1+1的全部能量。

也就是說1克反物質與1克正物質一接觸就會釋放出2克質量的全部能量,最後化為烏有。這個100分之200的轉換率,是核聚變效率的約300倍。

這個能量有多大呢?1克反物質與1克正物質湮滅釋放的能量為180000000000KJ,相當於約43000噸TNT黃色炸藥的能量,約3顆多廣島原子彈的爆炸威力。

所以,太陽的物質“損失”不是真正的損失,而是轉化成了能量,所有物質都是這樣,在化學或者物理的轉化過程中,要麼轉化成了其他的物質,要麼轉化成了能量,這就是物質不滅和能量守恆的原理。

時空通訊專注於老百姓通俗的科學話題,歡迎大家共同探討。


時空通訊


預警提示:這是一個相當燒腦的問題,請各位小夥伴備好瓜子、花生、礦泉水,並儘量做到在頭腦清醒的狀態下閱讀本文。


我們要搞清楚這個問題,必須要簡單理解一下以下兩個概念:

能量和質量

在相對論的體系中,質量是能量的一種具體的表現形式,能量和質量之間是可以互相轉換的。關於這個概念我們可以舉一個不恰當的例子來說明,假設氧氣就是能量,平常我們都看不見它的,但是在特定的條件下,比如說低溫環境,氧氣就會呈現了液體甚至固體的表現形式,這樣我們就能看得到,也摸得到了。

同樣的,在特定的條件下,質量和能量之間也可以互相轉換,其中質量轉能量的例子比較多,例如平常所見的燃燒現象,以及今天我們要談的核反應等。那麼能量能轉化為質量嗎?答案是肯定的,英國物理學家帕特里克·布萊克特就證明了這一現象,他通過研究發現,高能光子在靠近原子核的時候,其攜帶的能量有時會產生出成對的正、反電子。這是人類首次通過實驗發現能量轉化為質量的現象,帕特里克·布萊克特也因此獲得了1948年的諾貝爾物理學獎。

核結合能

核結合能是指保持原子核穩定的能量,即將基本粒子結合成原子核所需要的能量,或者將原子核的基本粒子全部分開所需要的能量。還需要引入一個概念--平均結合能,它是指原子的核結合能除以原子中的質子和中子的總數得出的結果。


好了,在大概知道以上兩點知識之後,我們就可以來討論今天的問題了,我們先來看一下各種元素的平均結合能曲線圖,如圖所示:

從上圖我們可以看到,氫元素(H)的平均結合能最低,因此基本粒子要形成氫原子是很容易的,這也是宇宙中存在著大量氫元素的原因。從氫原子往後的元素,平均結合能就越來越大,到鐵(Fe)的時候平均結合能最大,在它之後就出現了下降的現象。

從理論上來講,所有的元素都是可以進行核反應的(包括核聚變和核裂變),而它們核反應是否會釋放能量,主要是看反應後質量的變化,如果是減少就會釋放能量,反之則會吸收能量。實驗證明當比鐵(Fe)輕的元素聚變或者比鐵重的元素裂變時,都會出現質量的損耗而釋放出能量,這個釋放出來的能量就是核結合能。而鐵元素因為它的平均結合能最大,所以成為了宇宙中最穩定的元素。

實驗證明,如果單獨來計算的話,氦原子的原子核的質量比組成它的兩對質子和中子的質量要輕,這就意味著核結合能蘊含在基本粒子中,並以質量的形式存在,當氫在聚變的過程中,蘊含在氫原子中的核結合能會部分的釋放出來,這也造成了核反應中質量的損失。同樣的,當比鐵重的元素產生裂變時,也會因為質量的損失而釋放出蘊含在組成它的基本粒子中的核結合能。

最後一個問題,這些質量跑到哪去了?綜上所述,消失的質量是通過核結合能的形式存在,它被釋放之後,就變成了其它的能量,如光能、熱能、動能等,以各種能量形式存在於宇宙空間中了,根據能量不滅定律,也許在某個特定的條件下,它們又會以質量的方式出現。


回答完畢,歡迎各位小夥伴關注我們,感謝您的支持!


魅力科學君


答:核聚變中的質量虧損,轉化為了能量,能量的載體可以是生成物的動能,也可以是光子、中微子等等。


在恆星內部或者氫彈當中,氫元素聚變為氦元素,造成原子核質量虧損,然後按照質能方程釋放大量能量。

在相對論中,質量和能量是統一的,如果要說本質的話,能量才是物質的本質,質量只是能量的一種屬性而已,所以在廣義相對論場方程中,只有能量和動量,並沒有質量這一參數。


核反應中虧損的質量轉化為能量,能量是有載體的,比如氦-3的聚變反應為:

3He+3He→4He+2(1H),ΔE=12.860MeV;

其中釋放的能量,會體現為生成物氦-4與氕核的動能,從而實現方程左右兩邊的質能守恆。

又比如氕核與氘核的聚變反應為:

2D+1H→3He+γ,ΔE=5.494MeV;

生成物氦-3會擁有一部分動能,然後光子本身也可以看成純能量,其中的能量轉化過程,就是原子核中的核能被釋放出來了。


每種原子的平均核子質量都不同,其中鐵-56的平均核子質量最低,當低於鐵的原子聚變,或者高於鐵的原子裂變時,都會發生質量虧損,從而釋放能量。

在核電廠中,反應堆正是利用水吸收了核反應釋放的能量,從而轉化為高溫高壓的水蒸汽,去推動汽輪機運行,然後源源不斷地輸出電能。


我的內容就到這裡,喜歡我們文章的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


這個問題太大,得分開回答,已有的回答也十分業餘。

1,什麼是質量?質量是物體固有的一種性質,有質量的物體相互之間會有引力,在地球上就有重力,因此重量可以近似表徵質量的大小。

2,什麼是能量?能量是一種可以使物體改變運動狀態,升高溫度或者減小熵值的作用,常見的能量有勢能,光能,化學能,電能,核能。

3,質能方程指出,質量和能量本質上是相同的,可以相互轉化且總量保持不變,質量是穩態的能量,能量是動態的質量。

回到問題本身,核聚變釋放能量,必然造成質量減小,減小的質量哪去了呢?以能量的形式散佈到周圍空間中去了,這些能量變成了熱能,有些變成了光能,有些變成了推動物體運動的動能,當然運動的物體一般最終會停下,這個過程又因為摩擦產生熱能或者說內能。整個空間中的質量減小了,能量增加了,這些能量也可以再變成質量,比如光合作用就是把太陽核聚變產生的光能又固定下來產生了質量,只不過非常微小。

相對於這些質量哪去了,其實這些能量是哪來的更有意義。來源於原子核結合能的差值,常見的聚變是氫核聚變,產生氦核,需要氫的同位素參與,氫核一個質子沒有結合能,是0,氫同位素的結合能是個負數,反應產物氦核的結合能是個更大的負數,釋放的能量就是這個氦核形成時虧損的能量,也是這個過程中虧損的質量。如果我們稱一稱原料和產物,反應用的氫比生成的氦更重,也能表明質量的變化。

——來源於螺旋槳飛機✈️,大家都簽名我也籤一個。


螺旋槳飛機1


核聚變反應的具體過程是這樣的: 例如兩個氘原子核,在高溫高壓下,相互靠近到一定程度,兩個氘核內的四個核子(兩個質子和兩個中子)在強核力的作用下相互吸引,兩個原子核的速度越來越快,最後發生碰撞結合成氦原子核,這樣兩個原子核在強核力作用下做功,它們之間的勢能(核能)轉化成了兩個原子核的動能。

兩個帶正電的原子核在加速運動過程中,產生變化的電場、變化的電場在遠處產生變化的磁場,變化的磁場在更遠處又產生變化的電場……,傳到遠處就是我們看到的光能。

由此可見,兩個氘原子核在聚變反應前共有兩個質子、兩個中子和兩個電子,反應後的一個氦原子核內仍然是兩個質子、兩個中子和核外的兩個電子,聚變反應前後質量好像沒有發生任何變化,只是在反應過程中把兩個氘核之間的勢能(核能)轉換成了動能,又轉換成了電磁能(即光能)輻射到了遠處。

不過兩個氘原子核在反應發生碰撞的一瞬間,動能巨大,會把兩個原子核的四個核子碰得粉碎,重新組合成氦核時,動能來不及轉化成光能,會產生大量的正負電子向四周飛速擴散,最後正負電子相互湮滅而繼續轉化成光能輻射到遠處。由此可見,正負電子湮滅而損失的質量就是核反應後物質虧損的質量。

太陽內部也是有質量虧損的,原因是太陽上除了輻射普通光線以外,每時每刻還輻射出大量的阿爾法射線,貝他射線和宇宙射線等,這些射線微粒都是有質量的,輻射出去後太陽的質量自然會虧損。但太陽的質量和太陽虧損的質量加起來,質量還是守恆的。

正負電子相互湮滅加速運動除了釋放出巨大的能量外,還有中微子、微中子、介子、超子等暗物質生成,這些暗物質人們是檢測不到質量的。

由此可見,質量守恆定律(即物質不滅定律)是不可推翻的。物質的質量和能量的相互轉化實質上是有部分物質的質量轉化成了人們無法檢測的暗物質。


mcz107436431


熱核反應質量守恆。

1、物質是金屬態氫離子聚合形成的。

2、磁場裡高速運動的物質成為金屬態氫離子;金屬態氫離子的“磁力矩”相互切割聚合形成新元素的同時伴生電磁波——能量。可見,熱核反應中物質沒有轉化為能量!

3、鏈式反應是金屬態氫離子聚合形成的新元素在衝擊波層流裡再次裂解為金屬態氫離子聚合產生了第二次爆炸!




金童希瑞


以下便是答案



Nicket


沒有損失質量,是原子核內中子和質子發生重新組合,放出核能。比原子重新組合的化學能強大得多。是強相互作用力發生改變放出能量。


cx1944


沒有質量虧損,只是一些大粒子被碰碎成小粒子了,其實收集起來質量還是一樣多,質量是永久守恆的,有一次不守恆,那就不能稱作規律,什麼是規律,規律沒有意外情況,核爆炸的能量來自於暗能量,宇宙空間存在著大量的暗物質,暗物質在不停的波動,本身儲存著大量的動能,在爆炸中新生成的粒子,吸足了暗能量極速膨脹,產生爆炸現象


永動機45


靜止質量轉變成運動質量的同時,內能也轉變成動能。沒有質量轉化成能量,也沒有能量轉化成質量。


分享到:


相關文章: