某些人工转变的核反应中,都伴随着巨大的核能释放,根据不同的题设条件和不同的核反应特征,归纳以下四种计算方法。
1.根据质量亏损计算核能
法一:用质能方程ΔE=Δmc2计算核能,其中Δm的单位取千克,ΔE的单位是焦耳。
法二:根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV,即ΔE=Δm×931.5 MeV。
其中Δm的单位是u,ΔE的单位是MeV。
2.根据平均结合能计算核能
原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。
3.根据能量守恒和动量守恒来计算核能
参与核反应的粒子所组成的系统,在核反应过程中的动量和能量是守恒的,因此,在题设条件中没有涉及到质量亏损,或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下,从动量和能量守恒可以计算出核反应释放或吸收的能量。
4.根据阿伏加德罗常数计算核能
若已知微观数目的原子核发生核反应释放的能量,要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量,应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。
[例2] (北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速)( )
A.(m+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c
C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2
[解析] 一个质子和一个中子结合成氘核时,质量亏损Δm=m1+m2-m3,根据质能方程,释放的能量ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3)c2,选项C正确,A、B、D错误。
[答案] C
[例3] 用中子轰击锂核(Li)发生核反应,生成氚核(H)和α粒子,并放出4.8 MeV的能量。
(1)写出核反应方程;
(2)求出质量亏损;
(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰,则氚核和α粒子的动能之比是多少?
(4)转化为α粒子动能的能量是多大?
[解析] (1)核反应方程为Li+n→H+He
(2)依据ΔE=Δmc2得Δm= u≈0.005 2 u
(3)根据题意有0=m1v1+m2v2。