让我们来谈谈当今世界上最稳定的元素。然而,这篇文章是从物理的角度来解释的,而不是从化学的角度来解释的,所以这篇文章中提到的稳定性不是指元素的化学性质是否活跃,而是指元素衰变期的长度。在解释这个问题之前,我们需要有一个简单的理解:核聚变和裂变的秘密
核武器
核武器是目前世界上最强大的武器。许多读者对此表示好奇:为什么一颗看起来质量或体积都不大的炸弹在爆炸时会释放出足够的恐怖力量来摧毁一座城市?这远远超出了我们对武器的了解,因此不可避免地会引起我们对核武器爆炸的机理和原理的好奇
要理解为什么核武器能释放如此巨大的能量,我们必须首先理解一个公式,即物理学家爱因斯坦提出的质量-能量方程。
e = mc
为什么核武器能释放如此巨大的能量,其实秘密来自e = mc
e代表能量,m代表质量,c代表光速,也就是说,物质的总能量等于它的质量乘以光速的
的平方。我们可以通过e = MC计算苹果的总能量,假设苹果的质量是1千克。
然后苹果的总能量E=1kg×299792458 m/s2,
通过质量方程计算,我们会发现苹果包含的总能量是惊人的,甚至高于原子弹,那么苹果是从哪里来的呢?
e = MC,通过这个方程我们可以看到光速c是常数,所以c是一个固定值,那么e和m成正比,也就是说,物体的总能量与总质量成正比
物质释放的能量来源于物质质量的减少。换句话说,物质损失的质量转化为能量并释放
。例如,这里使用核裂变。对于
,235铀通常用作核裂变的原料,235铀是元素铀的放射性同位素,有143个中子和92个质子。它被称为放射性的,因为235铀原子核包含许多质子和中子,而且原子核非常大,所以它不稳定,容易衰变
如果我们用一个中子轰击235铀核,235铀核将被分成两半,钡和氪,然后释放三个中子。
释放的中子将继续轰击235铀原子核,然后继续形成钡、氪和中子。这种连锁反应将持续不断,在此期间将释放巨大的能量,这就是核裂变反应。
核裂变反应方程式:235U+1n(中子)=137Ba+97Kr+3n(中子)
细心的读者可以发现,当我们把核裂变反应前后的质量数相加时,质量数等于原子核中的质子数加上中子数
235 U+1n = 236
144 Ba+89 Kr+3n = 2336质量数
是质子和中子数量的总和,代表数量,而不是质量。尽管核裂变反应前后质子和中子的数量没有变化,但质量肯定会有所下降。质量减少乘以光速的平方就是核裂变释放的能量
核聚变和核裂变是一个原理,不同的是核聚变不是一个原子核分裂成几个新的原子核,而是几个原子核合成一个新的原子核,所以我们就不在这里解释了。
核能的无限循环能实现吗?
有些读者可能会想出这样一个想法:如果我们先用核裂变,原子序数大的元素会被分裂,裂变产生的元素又会被分裂,这个循环会无限期地持续下去,直到原子序数1的氢元素形成,而原子序数1的氢元素将被用于无限聚变,这个循环会来回循环。能量不是无穷无尽的吗?
的想法很新颖,但不可能实现,不是因为人类的科技水平无法达到无限裂变和聚变的水平,而是因为核聚变和核裂变反应有一个临界值
意味着核聚变反应和核裂变反应不能无限期地进行下去。随着原子序数的增加,核聚变反应将变得越来越困难。核裂变反应也是一样。尽管原子序数减少,核裂变反应将变得越来越困难。两者都有一个临界值。这个临界值是铁元素
当核裂变或聚变反应进行到铁元素时,反应也停止,因为铁元素的聚变或裂变不再释放能量,而是需要从外部世界吸取能量。
就是为什么会有这样一句话:旧铁,真的稳定
日本物理学家进行了一项非常无聊的实验,观察铁在相对封闭的环境中的衰变。物理学家已经观察了铁3年,发现3年内衰变不超过3次,3个衰变粒子不能确定它们是否是由铁引起的。因此,物理学家得出结论,铁是目前已知的最稳定的元素,而且它的衰变期比宇宙的年龄要长,所以研究铁的衰变没有实际意义