* 核能

原子核是由核子组成的。核子间存在着强大的核力。由分散的核子结合成原子核，或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化。例如，一个质子和一个中子结合成氘核时，要放出 2.22MeV①的能量，以γ射线形式辐射出去。这种能量叫做核能，也叫原子能。其核反应方程是

¹ n +¹ H→ ² H + γ

0 1 1

反之，若以γ射线照射氘核，则氘核可分解成一个质子和一个中子

² H + γ→¹H +¹ n 。

1 1 0

但是，γ光子的能量小于 2．22MeV 时，这个反应不会发生，只有当γ光子的能量等于或大于 2.22MeV 时，氘核才能分解。

经过精确的测量表明，几个独立存在的核子的质量和总要略大于由这些核子组成的原子核的质量。我们把这个质量差值叫做原子核的质量亏损。

一个质子和一个中子可以组成一个氘核，但质子与中子的质量和略大于氘核的质量。在进行计算时，为方便起见，采用原子质量单位 u①表示质量大小。

中子质量 mn＝1.008665u，

质子质量 mH＝1.007276u，

中子和质子质量和 m＝2.015941u，氘核质量 mD＝2.013553u，

质量亏损 △m＝0.002388u。

爱因斯坦在相对论研究取得进展的时候，提出了质量和能量相互联系的质能联系方程

E＝mc2，

简称质能方程。这个方程告诉我们：物体具有的能量跟它的质量之间存在着简单的正比关系。当物体能量改变时，必定伴随着相应的质量变化。分散的核子结合成原子核时出现了质量亏损△m，表明在这个过程中释放了能量△E，而

△E＝△m·c2，

式中 c 表示光速。

可见，利用质量亏损的数值可以用来计算核子结合成原子核时释放出的能量。在上述例子中，若取 1u＝1.660566×10-27kg，则质量亏损△m＝ 0.002388×1.660566×10-27kg＝3.96543×10-30kg。那么，根据爱因斯坦

质能联系方程可知

① leV＝1.602× 10-19J。

① 1u＝1.660566× 10-27kg。

△E＝△m·c2＝3.96543×10-30×(3×108)2J＝2.22MeV。

这个能量值跟前面所提到的实验结果符合得很好。

**［例题］**碳原子核的质量是 12.000000u，碳原子核可以看成由 6 个氢原子核（质量是 1.007276u）和 6 个中子组成的，那么这些核子结合成碳原子核时释放的能量是多少电子伏？如果每个碳原子在燃烧过程中释放出来的化学能是 4eV，那么核能与化学能相比，核能是化学能的多少倍。

解△m＝(6×1.007276＋6×1.008665)u－12.000000u

＝0.038457u，

△E＝△m·c2＝0.038457×1.660566×10-27×（3×108）2J

≈5.74×10-12J

≈35.8MeV，

△E ＝

35.8×10⁶

4 8.95×10

（倍）。

由核子结合成碳原子核释放的能量是 35.8MeV，核能是化学能的 8.95

×106 倍。

从上述计算中，说明原子核内部蕴藏着巨大的能量。如何将核能从原子核内部释放出来，为人类造福，这是物理学家们的一个重要研究课题。