核裂变质量亏损多少?也就是说,若一公斤轴-235完全裂变后剩下多少公斤?钚-239呢?

作者&投稿:始届 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
一个铀235原子核裂变前后的“质量亏损”有多少?~

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。

这个从结合能(Binding Energy)的概念来讲起。复制下之前在别人问题里的评论,希望能帮助你理解:

首先,原子核的质量总是小于组成其核子(质子和/或中子)质量的总和,于是当单个的核子形成原子核后就会产生质量亏损,放出能量;相反,将原子核拆散成单个核子就要输入能量,这个能量就称为结合能。结合能反应的并不只是把核拆散成单个核子这一过程,它是原子核自身所具有的属性。于是,核素的结合能越高,表明其由单个核子组合成原子核时的质量亏损越大。

以上讲到的是假设将原子核拆散成单个核子的过程。对于一种核素转化成另一种核素是什么样的情况呢?借用结合能概念,将一种核素的几个原子核转化成另外一种核素的几个原子核的任一过程,只要转化后新核素原子核的总结合能升高了,就表明转化过程中发生了质量亏损,即有质量转化成了能量。

但是,核素的核子数不同时不好计算总的结合能变化。那么我们可以把总结合能平均到每个核子,当某核素的原子核具有n个核子,其结合能为E时,把E/n定义叫“比结合能”。同样道理,当核反应之后形成的新核比结合能升高了,就表明转化过程中有质量亏损,放出了能量。

在自然界中,元素的比结合能随质量数呈现出先升高后降低的趋势,使比结合能达到最高点的元素的核子数量在铁附近(百度“比结合能曲线”)。那么无论是比铁轻的元素还是比铁重的元素,只要其核反应之后生成的新核离铁近了,就表明比结合能升高了,就表明放出了能量。于是,裂变与聚变就都会放出能量。再补充个问题,为什么裂变通常使用铀元素,聚变使用氢的同位素呢?因为不同的元素使其发生聚变或裂变的容易程度不一样。铀、钚是比较容易发生裂变的元素,所以核电站或原子弹都使用铀或钚来作为燃料。

回到您的问题,核反应之后究竟是吸收能力还是释放能量,关键在于反应前后的核的结合能的变化,结合能的变化其实就反应了质量亏损。您讲“例如铀235分裂为更轻的碎块,那么理论上产物的质量应该增加了啊”,事实是铀235裂变分裂为更轻的碎块,碎块的结合能比裂变前的铀核是升高,就是说这一过程其实是发生了质量亏损的,所以放出了能量。

这个可以根据质能转换公式E=mc2来计算,核裂变的裂变方程种类很多,总体平均每个重核释放约200MeV(这个视原子核和中子能量不同而异,对于热中子U235为207MeV,Pu239为214MeV),根据质能转换公式1原子质量单位相当于931.5MeV,裂变损失的质量可以这样计算百分比207/931.5/235=0.0946%;钚239可以类似计算约为0.0961%。
之所以一楼数据要小一些,是由于中微子和伽玛射线没有在方程中体现出来,中微子能量在核能利用上无法利用,大约12MeV,所以大部分时候采用200MeV的值作为核裂变的能量值。

反应式:U235+1n→Ba142+Kr91+3n

铀-235核的质量加上一个中子的质量是236.0526(原子质量单位),裂变后的钡核和氪核再加上三个中子的质量总共为235.8373 ,质量亏损为0.2153 。
根据比例关系可以算出质量亏损占的百分比: 0.2153 /236.0526*100%=0.0912%
所以1公斤铀-235完全裂变后损失0.0912%,剩余999.088克

1中子+钚239->锆94+氙143+3中子
很可惜,Pu239精确原子质量很难找到。事实上这个反应质量亏损比例也比较小,必须至少精确到小数点后两位。算法和上面差不多,如果你能找到准确的数据相信你很容易算出来。

重核裂变为中等质量核后核子平均质量减小
答:是的,重核裂变为中等质量核后核子平均质量会减小。在核裂变过程中,重核被中子等粒子撞击后分裂成几个中等质量的核子,这个过程中会释放出一些能量。根据爱因斯坦的质能方程E=mc,这些能量会导致质量亏损,也就是说,裂变后产生的中等质量核子的总质量会小于原始重核的质量。因此,重核裂变为中等质量...

核聚变是否违反了质量守恒定律?
答:但是到了原子核的层面,质量的些许变化,都会带来巨大的能量。1905年,爱因斯坦像我们描绘了质量和能量之间的关系,那就是 质能方程 ,通过这个经典的公式,爱因斯坦把质量和能量关联起来,也就是物质的能量等于质量乘上真空中光速的平方。对于原子核的反应, 质量亏损 带来的能量是巨大的,当结合能小的核...

化学能与核能一样都来自质量亏损吗?
答:任何原子核的质量均小于构成它们的质子与中子的静止质量之和,这种原子核的质量亏损是原子核形成的过程造成的,质子和中子的静止质量分别为 1.007276u 和 1.008665u ,核的质量为2.013553u。由此,质量亏损为 0.002388u ,其能量当量为 3.564×J ,这就是该反应释放的能量,即原子核的结合能。

原子弹的质量不是很大,为什么能引起那么大的爆炸?
答:一个氢弹只需几百克边足以有惊人的力量!核裂变亦同理,裂变前的质量大于裂变后质量,损失了质量。根据质能守恒,损失质量转化为巨大能量。就是这样,所以,核弹并不是因为质量大而威力大,是因为有了爱因斯坦这家伙和他的相对论。顺便说一句,聚变比裂变释放能量大。即氢弹比原子弹要厉害。人们现在只能...

(4分)铀核裂变的一种方式是: ,该反应的质量亏损是0.2u,1u相当于931.5Me...
答:① (电子) (2分) ② (2分) 由反应过程中的电荷数守恒、质量数守恒可求得X的电荷数和质量数判断出为电子 ②由爱因斯坦的质能方程可求得放出的能量

铀裂变一定有质量亏损吗?
答:是的 裂变的时候会放出能量 这个能量就是质量损耗 铀核裂变发生质量亏损,减少的质量等于反应前中子和铀核的质量与反应产物的总质差(不是质量数之差,因为质量数之差为0,质量亏损小于1个质量数单位),发生质量亏损时放出能量△E=△m•c2,式中△m为减少的质量,c为光速。

核裂变中,质量亏损和释放的核能有什么关系
答:根据爱因斯坦质能方程,E=mc^2,也就是说释放的能量等于亏损质量乘以光速的平方。

核反应可以导致质量亏损,地球上发生核反应会因为质量逐渐变小飞而离太 ...
答:根据爱因斯坦质能方程E=mc2,一定的质量m对应一定的能量E,二者的定量关系由比例系数“光速的平方”c2联系起来。由于重核裂变与轻核聚变都属于放能核反应,根据质能方程的涵义,反应后粒子的静质量要减少,即反应后质量要有所亏损,而质量亏损就意味着能量的亏损,亏损的能量就是原子能。地球被太阳拉着...

...结果质量会增加 而与粒子相撞裂变 质量却会亏损呢?
答:而核裂变过程例如U235原子核被中子撞击裂变产生Kr、Ba和两个中子的同时,放出了光子,所谓的质量亏损就是U235的质量+引发中子质量-Kr的质量-两个产物中子的质量。放出光子的相对论质量是不计算在产物质量中的(如果计算,则质量守恒),因为光子一般不认为是实物粒子,质量亏损说的是实物粒子的质量减少...

核聚变核裂变反应的质量亏损最初是谁发现的?或者怎么发现的?
答:具体是谁发现我没查资料,但裂变发现质量亏损前,大部分的原子质量都已经有一个相对精确的测量值,是完全可以满足测出0.7%质量亏损的精度要求的。从单个原子去讨论质量,基本上可以用理论去进行推测的,比如说U235的质量固定并已知,裂变生成的两个新原子的质量也是固定和已知,从粒子结构上两者数值相等,...