核裂變和核聚變的原理

原子彈和氫彈這種毀天滅地的能量究竟從何而來? 翻開你的初中物理課本,其實就能找到答案。 它們的原理看似複雜,其實一點也不簡單。 宇宙中存在四大基本力,分別爲強合力,弱合力,電子力以及引力。 其中引力是最弱的,而合力最強。 我們生活的地球質量非常大,圍繞地球旋轉的月球質量要小很多。 如果我們測量旋轉的月球和地球的質量,會發現一個問題。 這個質量小於月球和地球各自質量之和。 爲什麼會這樣呢?月球和地球是通過引力結合在一起的。 根據愛因斯坦的智能方程,質量可以轉化爲能量,能量也可以轉化爲質量。 所以地球和月球之間就會產生一種能量,稱爲結合能。 假如我們將月球分開得無限遠,使它不再受地球引力的影響,那它們之間的能量會消失嗎? 其實並不會,二者的結合能會直接轉化爲各自的質量。 也就是說,月球和地球的質量應該等於它們在一起的質量,再加上結合能。 其實地球和月球分開後,結合能所轉化的質量,跟地球和月球本身的質量相比, 可以說微乎其微,通常可以忽略不計,但是在微觀世界就不能這樣了。 這是一個原子,電子圍繞着原子核旋轉,跟前面地球和月球一樣, 原子的質量是要小於原子核和電子的質量之和的。 它們之間不再是引力,而是通過電子力結合在一起。 電子力比引力大一萬億倍,但是這還不是最強的。 電子力在強核力面前也還是個地理,強核力是作用於原子核的力。 原子核內的中子和質子通過電子力相互排斥,但是如果在高溫高壓的環境中, 再加入足夠的能量,它們就會克服排斥力結合在一起。 這個力就是強核力,原子核由質子和中子組成,它們通過強核力組合在一起。 原子核的質量小於質子和中子的質量之和,損失的質量轉化成了結合能。 我們來看這個圖表,它展示的核子數量,與單個核子結合能之間的關係。 比如某個元素有100個核子,每個核子的結合能爲300,那單個核子的結合能就爲3。 這個值越大,說明結合能也越大,元素就越穩定。 元素爲了獲得結合能,就會丟失一部分質量,這部分質量會轉化爲結合能。 單個核子結合能最大的是鐵,鐵是元素中最穩定的物質,其他元素也想像這個老鐵一樣穩定。 爲了穩定,核子數比鐵少的元素,就想通過相互融合而穩定。 核子數比鐵多的元素,就想通過分裂而穩定。 這就是核聚變和核裂變,製造清淡的主要原材料爲氫的同位素,刀核窗。 刀核窗融合,就會生成氦,融合的過程中,原子會丟失質量。 前面說過,丟失的質量越多,產生的結合能越大,像製造原子彈的原材料油。 在覈裂變中,油元素也會丟失質量,從而產生結合能,但是氫在變成氦的聚變過程中,會產生巨大的能量。 這個能量比油裂變產生的能量要大很多,所以原子彈的威力也自然不能和氫彈的威力同日而語。