核聚变和核裂变为什么可以产生大量能量呢？

2025-03-16 03:50:06

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回答（1）：

核裂变与核聚变释放能量，是以铁-56为分界线的，铁-56的比平均结合能最低，是所有原子核中最稳定的。

　　我们知道，氢弹的爆炸原理是核聚变，原子弹的爆炸原理是核裂变，核裂变与核聚变似乎是两个相反的过程，为何都能释放大量能量呢？

　　其中的原理与原子核的构成有关，原子由原子核与核外电子组成，原子核又由质子和中子构成，把质子和中子束缚在一起的力叫做强相互作用，强相互作用是四种基本力中最强的，强度是电磁相互作用的137倍，是万有引力相互作用的10^39倍。

　　我们来想象这么一个过程，两个天体因为万有引力相互吸引而绕行，如果我们要把两个天体分开，就需要借助外力的作用使其相互远离，这个过程需要输入能量来克服引力势能，所以两个天体靠得越远引力势能越大。

　　我们可以类比原子核内的情况，以氦-4为例，质子和中子通过强力结合在一起，如果我们要把原子核中的质子和中子完全分开，就需要输入能量，说明质子和中子在完全分开的情况下，整体具有的能量更高。

　　反过来说，质子和中子相互结合时就会释放能量，氢元素聚变为氦元素就属于这种情况，由于强相互作用很强，所以强力变化导致的能量释放也高，强力比电磁力强137倍，自然化学反应中的能量变化无法与核反应相比较。

　　于是核聚变就能释放巨大的能量，但是要引发核聚变并不容易，因为强力的作用范围非常小，原子核间必须克服质子的排斥力（电磁力），使质子间的距离达到强力作用范围后才能结合，比较直观的办法就是增加原子核的撞击速度和撞击频率，宏观条件就是增加温度和压力。

　　但是随着质子数的增加，会遇到一个大问题，就是强力的作用范围很有限，而质子间的的电磁力还在叠加，于是随着核子（质子和中子）数的增加，强力的作用在减弱，原子核反而变得不稳定，最后甚至无法形成稳定的原子核，其中的临界线就是铁-56。

　　于是小于铁的原子，聚变会释放能量，而高于铁的原子，裂变也会释放能量，但是重原子核内的强相互作用没有轻原子核内的强，所以裂变释放的能量没有聚变高。

　　在物理学中，我们用结合能来表示把不同原子核分解为质子和中子时，需要输入能量的大小，显然核子数越多结合能也越高。

　　真正反应原子核稳定性的是平均结合能，也就是结合能与核子数的比值，原子核的平均结合能越高，原子核就越稳定，平均结合能越低，原子核就更容易发生聚变或者裂变，由于质量和能量是等效的，所以我们也可以用核子平均质量来描述。

　　平均结合能就如一个在重力作用下的小球，小球越在靠近谷底的地方越稳定，越靠近山顶越不稳定，当小球从山顶滑落到谷底时，在重力作用下势能就会做功，在原子核中也是类似的，原子核平均核子质量降低，就会释放能量，所以核聚变与核裂变都会释放能量。

回答（2）：

这其实就是能量的传化，核能其实就是自然界中强相力和弱相力的结合，而核聚变和核裂变的本质是质量的亏损。因为原子核系统的平衡被打破所以能释放出巨大能量。

回答（3）：

因为核裂变和核聚变发生了化学反应，强相力与弱相力的结合，质量亏损很多，释放很多能量，所以可以产生大量的能量。

回答（4）：

因为它的内部存在着大量的能量，在他们裂变和聚变的过程当中释放了这些能量。

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