注册核安全工程师考试：浅谈原子核的结合能

1、质能联系定律

物质同时具有质量和能量两个属性，任何具有一定质量的物体必须与一定的能量相联系。

质能关系式，也称为质能联系定律：E=mc2，E为能量，m为质量，C为在真空中的光速，c=2.99792458×10⁸m/s≈3×108m/s，一个原子质量单位相当的能量为931.494MeV。

物体质量的大小随着物体运动速度而变化。

△E=△mc²，此式表明：体系的质量变化必定与其能量的变化相联系，体系有质量的变化就一定伴随能量的变化。

2、原子核的质量亏损

原子核的质量<核内质子+中子质量之和,所有的原子核都存在质量亏损。

质量亏损△m=（质子质量+中子质量）-原子核的质量。

3.原子核的结合能

原子核的质量亏损△m>0, 由质能关系式E=mc2，那么相应能量的减少就是△E=△mc²。

上面关系表明核子结合成原子核时会释放出能量，这个能量就是结合能B(Z,A)：

试验证明：一个中子和一个质子组成氘核时，会释放2.225MeV的能量，这就是氘的结合能。

实验还证实了它的逆过程：当能量为2.225MeV的光子照射氘核时，氘核将一分为二，飞出质子和中子。

分子的质量并不等于组成其的所有原子质量之和，原子的质量也不等于组成其的原子核的质量与电子质量之和；任何两个物体结合在一起，都会释放一定的能量。

4、比结合能

原子核的结合能B(Z,A) 除以质量数A 所得的商，称为平均结合能或比结合能ε。

比结合能ɛ(Z,A)=B(Z,A)/A

比结合能的物理意义为原子核拆散成自由核子时，外界对每个核子所做的最小的平均功。或者说，它表示核子结合成原子核时，平均一个核子所释放的能量。

比结合能𝝴表征了原子核结合的松紧程度。

比结合能𝝴大，核结合紧，稳定性高；

比结合能𝝴小，核结合松，稳定性差。

5.比结合能曲线

比结合能曲线两头低、中间高，极大值为(8～9MeV) 说明中等质量核素的比结合能比轻核和重核都大。说明质量数A为50～150的中等质量的核结合得比较紧密，很轻的核和很重的核(A>200)结合得比较松散。

根据比结合能曲线特性，两类原子能利用途径：

一是重核裂变：Q群每日十题加入8209与67244M 注册核安全工程师 核安全工程师交流/ 一个很重的核可以分裂成两个中等质量的原子核，ε由小变大，而释放出核能，俗称原子能。例如：重核235U吸收一个中子而形成复合核236U，并裂变成两个中等质量的碎片核，比结合能ε由7.6MeV增大到8.5MeV。一次裂变约释放出200MeV的能量，这就是原子弹和反应堆内燃料核裂变能够释放出巨大能量的道理。

二是轻核聚变：两个很轻的原子核聚合成一个重一些的核，ε由小变大，也释放出核能来。

例如：氘核和氚核聚合反应生成氦核放出中子(2H+3H4He+n)，一次这样的聚变反应放出20MeV 以上的核能，这就是氢弹和热核反应释放大量能量的基本原理。

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