核反應中,只是原子核的質子與中子重組而已,質子與中子並沒有消失,所以質量數不滅。就像化學反應中,只是原子重組而已,所以原子不滅。
你可能會很困惑,如果質量數不滅,那E=mc^2又表示什麼?質量數不滅,不代表質量不滅,質量數都是正整數,代表質子與中子個數,而質量是實數,可以有很多位小數,會因質子與中子的結合而增減,這種質量的增減,相較於質子與中子質量很小,是由於中子-中子、中子-質子、質子-質子鍵結能量變化而產生,如果核反應前後為吸熱反應,表示被吸入的能量轉換為能量,若為放熱反應,表示原子核中的某一小部份質量被轉成能量(原子彈爆炸),核反應也像化學反應一樣有鍵結的破壞與產生,也有放熱與吸熱,只是吸收與釋放的能量是由質量的增加或減少來表示。
以下是中子撞擊鈾235產生核分裂反應的反應式,可幫助你瞭解核反應中的質量與質量數變化:
1 235 143 90 1
n + U -> Ba + Kr + 3 n
0 92 56 36 0
上式各元素中,上方的數字代表原子量,下方數字代表原子序,n為中子。
不論從原子量或原子序(質子質量數)看來,都是守恆的,但是精確的原子質量數字為:
U = 235.043924; Ba = 142.920483; Kr = 89.919528; n = 1.008665
因此,核反應前後的質量差為
(1.008665 + 235.043924) - (142.920483 + 89.919528 + 3 x 1.008665) = 0.186583
差不多是一個中子質量的18.6%,是很小的數字。如果硬要追究是哪裏的質量消失了,只能概括地說是原子核的質量減少了(因為鍵結改變而釋出能量,釋出能量=釋出質量,但釋出的質量不到一個質子或中子那麼多。),鈾原子核質量 = 235.043924 > 235 = 質量數,鋇原子核質量 = 142.920483 < 143 = 質量數,氪的情況與鋇相同。也就是說,核反應消失的質量並不是因為中子或質子消失,反應前後質子數與中子數(正整數)還是守恆(那些正整數自己加一加就知道了),消失的質量是因為原本「凝結」成質量的能量被釋放出來。
中子就是中子,質子就是質子,並沒有分大小,而原子核內並不單純只有中子和質子。你沒有有想過?質子都帶1正電,一堆質子被侷限在原子核那麼小的地方,為何不會正正相斥?顯然有某種力量克服質子間的斥力,將質子們拉在一起,這個東西稱為「膠子」,似乎是可轉變成能量的質量,核分裂是膠子消失,所以減少一些質量。
- 2011-04-20 21:16:32 補充多謝指正,抱歉記錯了,質子與質子間的作用力是強作用力,強作用力在原子核的尺度內,強過電磁力,所以能克服質子間的正正相斥,將質子束縛在原子核內,質子與質子間的強作用力,是透過介子的交換達成的,而膠子是夸克與夸克之間的強作用媒介。質子與質子間的束縛能與介子有關,消失的質量來自於介子的質量消滅。
CODE2501大師所附的網頁只定義質量缺陷(mass defect)的計算方式,並指出受束縛與不受縛的核子質量不同,但沒有說明質量缺陷的原因。 - 2011-04-25 12:45:39 補充可以這麼想:兩個相斥的粒子(質子-質子正正相斥),因某個強大的作用力而靠得很近,其中必有極大的位能,此能量以質量的型態儲存起來,所以重原子核的質量較大,若重原子核被擊破,成為兩個較小的原子核,則必有一部份能量被釋放出來,也就是一部份質量轉換成為能量,所以兩個小原子核的質量和,小於原本的重原子核。
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