原子核在核反應後, 整個體系的品質和能量(指每個原子核的結合能)都發生了改變, 不改變的, 只是“質量數”而已。
質量數只是一個“純數字”, 其基本意義可以理解成為是“原子核中的質子數與中子數的總和”, 與原子核的品質沒有直接關係。
在發生核反應時, 反應前後的“重子數”必須保持守恆, 所以出現了“核反應前後的質子數和中子數的總和”沒有發生改變的情況, 但這並不代表品質和能量沒有改變。
再重複一遍, “質量數”只代表了原子核中的“質子數與中子數的總和”, 並不代表任何的“品質”!
人類現在能夠操作的核反應,
在一些粗略計算中經常認為原子核的品質等於質子的總品質加上中子的總品質(比如質量數等於質子數加中子數),
E=mc²將能量與品質聯繫在了一起。 質能方程不僅適用於核反應, 也適用於化學反應, 適用於任何能量的轉化和轉移。 化學反應後, 生成物的品質並非嚴格等於反應物的品質, 虧損的品質乘以光速的平方正好等於化學反應中釋放的化學能。
核子之間存在著庫倫相互作用及強相互作用, 將核子拆開或重新組合在一起就要涉及到相互作用力做功, 這樣就會有能量發生變化。 能量變了就意味著品質變了, 品質的變化量正是等於能量的變化量除以光速的平方。
四個氫原子核通過核聚變反應結合成一個氦原子核, 核反應前總共有4個質子, 而核反應後只有2個質子;核反應前沒有中子, 核反應後有2個中子。 因此, 在核反應前後, 質子數量和中子數量都是不守恆的。 不過, 核反應前後的重子總數均為4個, 這是守恆的。
質子和中子都是由三個誇克組成, 但組成它們的誇克是不同的, 它們具有品質差異。 不過, 質子和中子的品質差異並不是核聚變反應品質損失的來源, 真正的來源其實是核結合能。 根據愛因斯坦的質能方程:E=mc^2, 品質和能量是等價的。 質子和中子在結合成原子核之後, 原子核的總品質會小於自由質子和中子加起來的總品質, 那些少去的品質變為核結合能, 所以質子和中子才能結合在一起。
把核結合能比上核子數(質子和中子總數)得到比結合能, 它表示原子核的穩定性。 原子核的比結合能越高, 它就越穩定, 越不容易發生核聚變反應。
可以看到, 氫原子核結合成氦原子核之後, 比結合能增大, 這部分能量就會被釋放出來。
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