核裂变|核裂变和核聚变的区别|原子弹

核裂变概念

核裂变，又称核分裂，是指由重的原子核（也就是较大的原子核）分裂为两个多个质量较小的原子或核子的过程。本文属于高中物理选修3-5《原子核》的内容，主要帮助同学们解决：

核裂变为什么释放能量？简而言之是因为存在质量亏损。能量释放与核裂变质量亏损计算满足爱因斯坦的质能方程（△E=△mc²）。太阳核裂变还是核聚变？太阳是核聚变而不是核裂变。

核裂变的元素

最为常见的核裂变元素是铀与钚。核裂变过程主要是指铀核或钚核，分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。

原子弹、裂变核电站或核能发电厂的能量来源就是核裂变。核裂变的反应，是链式的，我们下面根据裂变图来做一个简要的解释。

核裂变与链式反应

其中铀裂变wuli.in在核电厂最常见，热中子轰击铀235原子后会放出2到4个中子，中子再去撞击其它铀235原子，从而形成如图所示的链式反应。

铀235的原子核在吸收一个中子后发生裂变，一分为二。

铀核裂变放出2～3个中子，这些中子又会打中旁边的两个核，并击破它们。这又会产生出4个新的中子，粉碎另外4个核。

这样。由1个铀核裂变引起2、4、8、16……个铀核裂变，很快把整块铀卷入，释放出无比巨大的能量。链式反应可以不断供给核分裂所需要的大量中子，是反应堆运转的必要条件。

链式反应如果不依靠外界的作用能持续下去，则称为自持链式反应。核裂变是典型的自持链式反应。

核裂变与原子弹

核裂变是在1938年发现的，由于当时第二次世界大战的需要，核裂变被首先用于制造威力巨大的原子武器——原子弹。

王尚老师辅导书物理自诊断每道题都有视频讲解，哪道题不会扫题旁二维码即可看视频，学习更高效，考试分数更高，欢迎添加微信teacherws咨询。原子弹的巨大威力就是来自核裂变产生的巨大能量（见下方解释）。战后，人们除了将核裂变用于制造原子弹外，更努力研究利用核裂变产生的巨大能量为人类造福，让核裂变始终在人们的控制下进行。核电站就是利用核裂变来发电的。

原子弹（Atomic bomb）是核武器之一，是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。

主要包括裂变武器（第一代核武，通常称为原子弹）和聚变武器（亦称为氢弹，分为两级及三级式）。亦有些还在武器内部放入具有感生放射的轻元素，以增大辐射强度扩大污染，或加强中子放射以杀伤人员（如中子弹）。

核武器是指利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量，产生爆炸作用，并具 有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235（厬U）或钚239（厱Pu）等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器，通常称为原子弹；主要利用重氢（氘）或超重氢（氚）等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器，通常称为氢弹。

核裂变为什么释放能量

根据爱因斯坦的质能方程，△E=△mc²可知：

能量的亏损，会引起巨大的能量，比例系数为光速的平方。重核的核裂变过程中，存在着质量亏损。具体见下方铀元素的核裂变方程介绍。

铀元素的核裂变方程

以铀U235为例，其核裂变方程为

如上文所述，一个中子的轰击，产生了三个中子，继续撞击另外的三个原子核，进而使得链式反应无限进行下去，直到所有核子都反应完。

上述方程中，左侧的总质量要比右侧的总质量大，因此存在着质量亏损。根据爱因斯坦质能方程△E=△mc可知，铀U235的核裂变会释放大量的能量。

这既是原子弹的原理，也是核电站发电的原理。值得同学们注意的是，后者的反应速率，是要被严格控制的。

核裂变质量亏损计算

核裂变质量亏损计算，需要借助爱因斯坦质能方程△E=△mc²来求解。

太阳核裂变还是核聚变

太阳辐射能量，是核聚变而不是核裂变。核聚变就是小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核。

需要注意的是，只有小质量的两个原子核合成，才能释放能量（一般是氕氘氚这三个）。较大的核聚变并不会释放能量，这个问题已经超出了高中物理的教学范畴了，大家了解下即可。

求解核裂变物理题须知

铀的核反应方程中，左侧必须含有一个中子，不能与右侧的中子进行减法运算，这一点与化学方程式不同。

并不是所有元素裂变都释放能量，只有较大的原子核裂变才会释放能量，这已经不属于高中物理的教学范畴了，大家了解即可。

核裂变学习问题与王尚老师答疑

学生问题1：核裂变的过程中质量到底守恒吗，为什么方程式中质量守恒，还要说质量亏损呢？

王尚老师：核裂变方程中，确实要满足质量数守恒和核电荷数守恒。请同学们注意，这里的质量数是质量数，不是质量。质量亏损，说的是参与核裂变反应的元素总质量，和反应后的总质量之差。这个差异是存在的，就是爱因斯坦质能方程中的质量差△m。请同学们利用物理自诊断专题43和专题44典型题和我的视频讲解，来更加深入理解这个问题和原子核的其他重要考点。

学生问题2：铀元素的核裂变和衰变有何区别？

王尚老师：最简单区别是：铀元素的核裂变是非常剧烈的，瞬时发生的，而铀元素的衰变是非常缓慢的过程（见参考文献中半衰期的定义）。另外，发生核裂变，需要有高速运动的中子对铀进行轰击，才会出现上文中介绍的链式反应。请同学们利用物理自诊断专题43和专题44典型题和我的视频讲解，来更加深入理解这个问题和原子核的其他重要考点。

参考文献

 

爱因斯坦的光电效应 http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/437787.html

核聚变 http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481797.html

什么是半衰期 http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/437731.html

什么是1U？U的概念详解 http://i.gaozhongwuli.com/resource/14044.html

放射性元素 http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481798.html

为什么1u等于931.5Mev? http://blog.gaozhongwuli.com/26768

爱因斯坦与原子弹 http://blog.teacherws.com/study/5981.html

德布罗意波 http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481800.html

卢瑟福的散射实验 http://blog.teacherws.com/wen/13432.html

高中物理选修3-5核心考试要点 http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481815.html

作者：王尚，苏阳。校正：齐思源。版权归属高中物理网（gaozhongwuli.com），严禁转载。

扫码关注王尚老师微信公众号teacherws，免费获取物理教学视频资料。