高手解释下链式反应及其意义和发生的条件?太阳既然是核聚变释放能量,链式反应为何没有产生几何倍
发布时间: 2023-07-07

本文目录

高手解释下链式反应及其意义和发生的条件

 链式反应示意图链式反应:有焰燃烧都存在链式反应。当某种可燃物受热,它不仅会汽化,而且该可燃物的分子会发生热烈解作用从而产生自由基。自由基是一种高度活泼的化学形态,能与其他的自由基和分子反应,而使燃烧持续进行下去,这就是燃烧的链式反应。

  在物理学中,铀核裂变的假说一经提出,所有的物理实验室立刻沸腾起来了,对这一现象展开了紧张的研究。在不到一年的时间内,所发表的有关核裂变的科学论文,总共达一百多篇,这在物理史上是没有前例的。在很短的时期内,不但搞清楚了核裂变的基本特性,并且揭示了这一发现的深刻意义。

  铀核吸收一个中子以后,按三十多种不同的方式发生裂变,生成的碎片又发生一系列的β衰变,因此,一共产生三十多种元素的近三百种同位素。难怪费米、伊伦·居里、哈恩等当时第一流的科学家都被这种现象迷惑了那么长的时间。

  旁图所示是铀235裂变碎片的质量分布曲线。从图中可以清楚地看到,分布曲线有两个峰,一个在质量数95附近,一个在质量数138附近。双峰曲线表示,铀核裂变时,绝大部分是不对称裂变,对称裂变的几率是很小的(质量数118附近)。这种不对称裂变,在裂变现象发现后不久就通过各种实验方法得到确证,但是在核理论已经取得巨大进展的今天,这种不对称裂变的原因,依然是一个谜。

  铀核裂变时,分裂成两个碎片的情况是最常见的,也曾观察到分裂成三个(甚至四个)碎片的情况,不过发生的几率很小,只有千分之几。这种所谓“三裂变”现象,是我国著名核物理学家钱三强、何泽慧夫妇于1946年首先发现的。三裂变的几率虽然很小,但由于它能更清楚地说明裂变机制,所以目前仍在对它进行研究。

  核裂变所生成的碎片一般都是中子过剩的,它们以发射电子(β衰变)的方式逐渐将过剩的中子转变成质子,即通过一连串的β衰变而到达稳定状态。由于这个缘故,大多数裂变产物通常都是β放射性同位素。为什么核裂变产生的碎片通常是中子过剩的呢?为什么不是缺少中子或中子数与质子数正合适呢?

  我们知道,原子核是由质子和中子(统称核子)组成的。核子之间存在一种很强的作用力,叫做核力,这种力是一种短程吸引力。在原子核内,这种作用力很强,在原子核外,迅速降到零,核子就是靠这种力保持在原子核内的。另外质子间还存在静电斥力,随着原子序数的增加,即随着原子核内质子数的增加,静电斥力也增大。因此,为维持核的稳定性,需要更多的过剩中子所产生的核力来平衡这一斥力。因而,稳定原子核的核内中子数和质子数的比值,随着原子序数的增加而变大。例如轻元素碳、氧等的中子数与质子数之比为1,中等质量的元素溴、钡等为1.3,而铀、钍等重元素则增大到1.6。原子核的中子数和质子数之比若小于或大于相应的合适比值,都将是不稳定的。

  对于铀核裂变的情况来说,铀的中子数与质子数之比约为1.6,那么,生成的碎片的中子数与质子数之比当然也是1.6左右。但是裂变生成的是中等质量的元素,它们在中子数与质子数之比为1.3左右时才是稳定的。显然,这些碎片是中子过剩的,必然会以β衰变的方式,使中子数与质子数之比降到1.3左右,从而达到稳定状态。

  不过由此也自然会产生这样的问题:在铀核裂变的过程中,是否会有一些过剩的中子不留在碎片内,而直接以自由中子的形式发射出来呢?这个重要问题曾由许多科学工作者加以研究,结果表明,铀核裂变时确实会放出一些自由中子,这些中子通常叫做次级中子。在讲述这一事实所蕴含的巨大意义之前,我们先来看一看另一个重要的事实:在铀核裂变放出次级中子的同时,还会释放出巨大的能量,请看下面的计算:

  假定铀235吸收一个中子后,裂变成一个溴85核和一个镧148核,同时放出三个中子。铀235的质量为235.124,溴85的质量为84.938,镧148的质量为147.96,中子的质量为1.009。

  因此裂变前的质量总和为:235.124+1.009=236.133;

  裂变后的质量总和为:147.96+84.938+3×1.009=235.925;

  裂变过程中质量的减少为:236.133-235.925=0.208。

太阳既然是核聚变释放能量,链式反应为何没有产生几何倍增

首先要搞清楚链式反应的概念,链式反应是指该反应的产生物之一又引起同类反应继续发生、并逐代延续进行下去的过程,自然界存在最常见的链式反应就是燃烧现象,人类制造的原子弹中的核裂变也是一种链式反应,简单的说就是用中子轰击重核,被轰击的原子核又分裂出2-3个中子,继续轰击其它的原子核,如此继续下去的反应就会越来越剧烈,直到消耗掉所有的原子核,并产生巨大的能量。

太阳的核聚变并不是这个原理,核聚变指的是在高温高压的情况下,轻核相互之间相互碰撞引起反应,并聚形成更重的原子核,要保持核聚变的持续发生,就必须要维持核聚变产生的条件,同时还要源源不断的提供核燃料,因此核聚变是没有链式反应这一说的。

现在我们再来看太阳核聚变的原理,太阳的质量是相当大的,它自身的引力会将其向内压缩,在太阳的核心形成高温高压的环境,从而引发核聚变。太阳内部的核聚变产生的能量从内向外扩散,抵抗住了引力的压迫,太阳核心的氢在不断的消耗,而太阳的引力又会源源不断的把外部的氢压缩到核心,从而形成了一种动态的平衡。有兴趣的朋友可以关注我,在“原来我们都是星星的孩子”一文中有详细的介绍。

核聚变的启动条件是相当高的,即使是太阳也只能在其核心才能达到这个条件,所以太阳只是缓慢的消耗掉它的核燃料,而不是瞬间爆炸。遗憾的是太阳终有一天会消耗掉它所有的核燃料,据科学家分析,太阳的寿命还剩下50亿年时间,留给我们的时间已经不多了。

假如人类最先掌握的不是化学能(火药),而是核能(链式反应),那世界会如何

这是个脑洞问题,我们分为三个风格来解答。

正经回答

现实中人类改变自然的里程碑,就是发现了怎样去使用火。从雷电可以引发的火,到人类尝试控制火,再到生火这一过程,就是对于化学能的掌握。

所以对于人类来说,只有玩火是最简单最直接的,而且是最厉害的东西。

而核反应,无论是哪种核反应,都需要深厚的科学理论,和工业基础。否则人类根本不会意识到那东西到底是什么,更别说提纯铀235了。即使是信息发达的今天,也不是哪个国家或者组织都可以轻松利用核能的。

这还不如脑洞一下人类最初利用电鳗来发电,都比核能靠谱的多。

脑洞的回答

严格地说,非常严格的那种,上升到杠圣级别的那种抬杠,人类最初掌握的能源,其实就是核能。

因为地球上所有生物,都要基于太阳的核聚变来提供能量。没有太阳的核聚变,地球就是个土疙瘩包个铁球。

太阳每天传递给地球的能量是1.5 x 10^22焦耳,也就是4万亿吨的TNT当量。要知道,扔广岛的原子弹才1.5万吨TNT当量。地球上相当于每天都来它上亿颗核弹。

科幻的回答

我记得之前听说过一个小说情节,某种外星人的科技树和我们不一样,他们还没掌握好热兵器,就先掌握了星际旅行的技术。然后这个帮外星人带着火枪,来到了地球,以为让地球人看看火药就能把地球征服了。

结果是喜大普奔的,面对飞机坦克大炮的外星人是一脸懵逼,然后地球人还借此掌握了星际旅行的技术,反杀了回去。



扫码加微信详细咨询太和智慧养老产品和平台服务!

微信