核物理反应中的质量亏损,为什么质量亏损会产生巨大能量

原子那么小，为什么分裂成两半的时候会产生威力那么大的爆炸？

核能的理论基础是爱因斯坦的相对论。爱因斯坦用著名的方程式E=MC^2表示,质量和能量是等价的,其比例常数为光速的平方。这是一个恐怖的公式，它意味着物质中的基本单元——原子核中蕴含着巨大的，足以毁天灭地的能量，开启它的钥匙就是原子核反应。原子直径的数量级大约是10^-10m，而原子核极小，它的直径在10^-15m~10^-14m之间，当原子核发生变化，发生“质量亏损”的过程，那部分失去的质量将转化为能量。

一般的物理和化学反应（包括燃烧、断裂、沸腾等）只涉及原子或分子的重新排布，不涉及到原子核，它还是老老实实地处于原子的襁褓中。1945年，美军在日本广岛种了个大蘑菇。那不是普通的爆炸，向心聚焦压缩波（又称内爆波），使外围的核装药同时向中心合拢，使其密度大大增加，也就是使其大大超临界。再利用一个可控的中子源，等到压缩波效应最大时，才把它“点燃”。

中子轰击重铀235，铀核分裂成两个中等质量的核同时放出2~3个中子,出现质量亏损，即核裂变。核能有多么巨大，我们不妨简单计算一下：1kg铀235中含有的原子核数为1000/235×6.2×10^23=2.562×10^24个，每个铀核裂变能放出200 MeV的能量，则1kg铀核裂变能释放：△E=2.562×10^24×200 MeV=5.124×10^26MeV=5.124×10^32×1.6×10^-19 J=8.2×10^13 J，标准煤热值为2.93×10^7 J/kg，那么1kg铀235释放的能量大约与2800吨煤相当。

链式反应可以不断供给核分裂所需要的大量中子，使裂变持续进行下去，如果链式反应不加以控制，发生雪崩式连锁反应瞬间完成，就成为原子弹，如果链式反应可控，平稳释放核能，则成为反应堆。因铀235易俘获慢中子而不易俘获快中子，通过慢化剂使裂变释放的快中子减速，维持链式反应，以及用吸收中子能力很强的镉棒做成控制棒，插入铀棒之间，控制链式反应速度。

通过这一原理建设的反应堆为慢中子反应堆，即慢堆。不易在热中子作用下发生裂变反应的铀-238，在吸收了快中子后，可以变成另一种易裂变的核素钚-239。在不断消耗钚-239的同时，又有铀-238不断转变成新的钚-239，而且新生的钚-239比消耗掉的还多，从而使堆中核燃料变多，实现裂变材料的增殖。通过这一原理建设的反应堆为快中子增值反应堆，即快堆。

在天然铀中，铀-235仅占0.71％，占绝大多数的铀-238不能利用。而快堆核电厂在发电中消耗的是铀-238，使铀利用率大幅度提高。比核裂变更猛烈的核反应是核聚变。核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年。

这个核反应释放的能量是17.6MeV，虽然比一个铀核裂变产生的能量少，但平均每个核子产生的能量17.6/5=3.52MeV，是铀裂变200/236=0.85MeV的4倍。人类生存所需的化石能源，是上古时期遗留下来的动植物的遗骸在地层下经过上万年的演变形成的能源。如煤(植物化石转化),石油(动物体转化),天然气等。

“万物生长靠太阳”，生物能源是从太阳能转化而来的，其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质。而太阳及所有发光恒星的能源来自核反应。核聚变不需要稀有的原料，氘在地球的海水中藏量丰富，多达40万亿吨，如果全部用于聚变反应，释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且反应产物是无放射性污染的氦。

另外，由于核聚变需要极高温度，一旦某一环节出现问题，燃料温度下降，聚变反应就会自动中止。也就是说，聚变堆是次临界堆，绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核(裂变)电站的事故，它是安全的。因此，聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。这就是为什么世界各国，尤其是发达国家不遗余力，竞相研究、开发聚变能的原因所在。

核聚变和核裂变听起来是两个完全相反的过程，为什么都会释放能量？

核反应能量释放的原理在于这个公式：E=MC^2，E是能量，M是质量，C是一个常数，代表真空中的光速。这个公式表明了能量可以由质量转换得到，如何去转换呢？将这个公式稍微改变一下，变成△E=△MC^2,△符号表示差量，通过这样变化我们可以看出，质量的差量可以转化成能量并释放出来。现在明白了吧，能量的释放主要在于质量的亏损，核聚变和核裂变之所以都能释放能量，其原理在于这两个反应的反应前后质量不对等，少的那部分质量转换成了能量。

拿两个实际的例子给你说明一下：核裂变——原子弹原子弹通过核裂变释放能量，利用铀元素的同位素铀235做核裂变反应，这个反应的过程是一个铀原子吸收一个中子，裂变成一个钡原子核一个氪原子，并释放三个中子。反应方程式是这样的：U235 1n→Ba142 Kr91 3n。我们计算一下反应前后的质量：左边铀原子的质量加上一个中子的质量为236.0526u，右边钡加氪加上三个中子的质量为235.8373u，比左边少0.2153u，这就说明发生了质量亏损，这损失的质量就转换成了能量。

这就是核裂变能产生能量的原因。核聚变——氢弹氢弹的主要原理是核聚变，利用氢元素的同位素氘、氚，通过聚合反应将氢变成氦。这个反应过程大致是这样的：首先外加能量使氘和氚聚合在一起，质子相加形成两个质子的原子核——氦，同时释放出一个中子。反应方程式如下：2H 3H→He 1n,通过计算左右两边的质量，右边的质量大约比左边的质量少了0.0189u，这说明核聚变也发生了质量亏损，这损失的质量同样转化成了能量，所以核聚变也能产生能量。

By the way:太阳能够源源不断地发光放热也是因为太阳上一直在发生了强烈的核聚变，并且截至目前，太阳已经核聚变了40多亿年，估计还能反应50多亿年。回到你的问题：一堆原子先聚变再裂变就会一直释放巨大的能量，是吗?是的！事实上我们利用的核裂变的能量就是通过核聚变产生的重元素再裂变出来的，但聚变需要能量，人工合成铀元素所需要的聚变能量远远大于铀元素核裂变所释放的能量，这明显是笔亏本买卖。

那这些元素是哪来的呢？答案是大自然。铀元素的形成来自于超大质量恒星，超大质量恒星在氢核聚变反应结束之后，恒星在自身强大的万有引力的作用下向内坍塌，压缩，造成超高温、高压的环境，这样极端的环境促使了更重的元素的聚变形成，比如金、铂、铀、钚等元素，，，接着再通过宇宙中的一些高能反应比如超星星爆炸，将这些元素散播到宇宙空间中，其中一些则来到的地球。

在核反应中出现了质量亏损，为什么不能称之为质量转化为了能量，亏损的质量去哪了？

谢邀。首先，这个问题的前提假设是没有依据的，或者说是根本错误的。核变既不存在质量的丢失，更不会有证据来证明核变出现了质量的丢失。其次，能量只是质量间能差的反应，能量的存在必须依赖于质量的存在，它们之间也不存在着任何的互换关系。再次，根据相对论E=MC^2的表示述，相对论的确承认质能存在着互换关系，因此可以肯定相对论本身是个错误的理论。