核裂變和核聚變是如何實現質能轉換的？

問題描述：核裂變和核聚變是如何實現質能轉換的？大概了解過一些，不管核裂變還是核聚變，都是因為中子的釋放所引起的鏈式反應，那么，核能利用中到底是哪部分質量變成了能量？原理是什么？

領域專家：感謝邀請。

首先，稍微糾正下。鏈式反應發(fā)生在核裂變過程中，重核需要受中子轟擊發(fā)生裂變后再釋放出中子，引發(fā)鏈式反應。而聚變是在極其的高溫和高壓下，輕核的相互碰撞引起聚變反應。這就是為什么氫彈中會有原子彈，因為需要原子彈爆炸時的高溫高壓引發(fā)核聚變。

在回到問題上，按照質能方程E=mc2，E表示能量，m代表質量，再小的質量湮滅時，由于光速c的加成，釋放的能量都是巨大的，這就是核裂變和核聚變很少原料可以持續(xù)不斷產生能量的原因。要理解為什么會發(fā)生質能轉換，請大家有種“質量即是能量，能量即是質量的”思想。

那么為什么核反應中會有一部分質量轉化為能量呢？又是哪部分質量呢？總的來說聚變和裂變前后質量都會減少，減少的這部分質量來自于原子核。

先說核聚變，顧名思義，核聚變是指由質量小的氘和氚（都是氫原子的同位素），他們的相對原子質量分別是2和3，我們把他們標為2H和3H，它們在超高溫和高壓下，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4（相對原子質量為4，我們標為4He），同時產生中子和能量。

再說核裂變，是由重的原子核（如鈾235）變化為輕的原子核，稱為核裂變。

不管是核聚變還是裂變，從相對原子質量看似乎質量沒有變化，但實際質量是缺失的,其實反應后每個中子和質子的質量都減少了（原子核由質子和中子組成，他們的相對原子質量都是1，但實際質量發(fā)生了變化），所以能量就在這一部分產生了。

那么為什么聚變和裂變中會發(fā)生質量的變化？總的來說，“質量即是能量，能量即是質量”，在反應過程中，原子核釋放了自身的“勢能”轉化為“結合能”，勢能大于結合能，所以產生了質量缺失，而二者能量差便是釋放的能量。

領域專家：愛因斯坦的質能方程大家都耳熟能詳，雖然通過這一個看似簡單的方程人們掌握了原子能，甚至獲得了太陽的力量。這個方程首次將質量和能量兩個量聯系起來。而核裂變核聚變的能量來源則與原子核內部的能量-質量儲存方式有關。

對于核裂變而言，一個重核原子衰變后會形成連個較輕的原子核并產生幾個中子釋放出大量的能量。這一過程中產生的輕原子核和中子質量的總和是小于原來的重核的，其中減少的部分則稱為質量虧損。

同理，核聚變的輕原子核質量和也要大于反應后生成的中子和重原子核。這部分虧損的質量并沒有消失，也不是說質量直接轉化為了能量。

實際上損失的是原子核的靜能量，而對外表現出來似乎就是原子核的質量，這部分靜能量變成了粒子的動能或者光子的能量。而質量虧損的多少則取決于原子核的結合能。

領域專家：我來給你說說裂變吧，用一種比較直觀，肯定能理解的方式。

原子核是由質子和中子組成的，中子不帶電，質子帶正電。團在一起的質子之間有很大的電斥力。而且原子序數越大，核里的質子就越多，積累的斥力就越大。但是，為什么原子核沒有炸開呢？

這就需要提到維系原子核的力了，叫做強作用力，質子和質子之間，質子和中子之間，中子和中子之間都存在這種力。你可以把強作用力想象成一種膠把原子核里的中子和質子粘在一起。膠有一個特性，一旦你把粘在一起的東西掰開哪怕是一點點，粘性就徹底不存在了，不像兩塊磁鐵那樣，掰開了吸引力或斥力還在。所以我們說強作用力是一種短程力，而電磁力是一種遠程力。

準備知識完了，我們來看裂變。鈾原子核里有92個質子，之間的電磁力斥力很強，而鈾235這種同位素中子數相對較少，強作用力勉強能和電磁斥力相對抗，這個核不算穩(wěn)定，當有一顆外來的中子撞一下它的時候，原子核稍微出了一點小縫隙，這個平衡瞬間打破，原子核分裂成幾個部分，在電磁斥力的作用下迅速炸開，釋放能量。

同樣是鈾，鈾238的核多了3個中子，強作用力大了一些就比較穩(wěn)定，在中子的沖擊下不會裂開反而會吸收一個中子變成一個分子量為239的新原子核，新的原子核再一種叫做弱作用力的驅使下某兩顆種子各吐出一枚電子子變成了質子，于是我們得到了序號94的元素钚！

一個回答，解釋裂變，附送了四大基本力中的三種，超值吧？還不點贊