核反应过程

核反应原理

核反应是原子核结构发生变化的过程，通常伴随着质量亏损和能量释放。

• α衰变：重核释放α粒子（氦核），原子序数减少2，质量数减少4
• β衰变：中子转变为质子（或质子转变为中子），释放β粒子（电子或正电子）
• 核裂变：重核分裂为中等质量核，释放中子和大量能量
• 核聚变：轻核结合成较重核，释放巨大能量

根据爱因斯坦质能方程 E=mc²，质量亏损会转化为能量释放。

质量亏损与能量计算

在核反应中，反应产物的总质量通常小于反应物的总质量，这种质量差称为质量亏损。

质量亏损 Δm 与释放能量 ΔE 的关系为：

ΔE = Δm × c²

其中 c 为光速（3×10⁸ m/s）。

例如，铀-235裂变的质量亏损约为0.09%，1克铀-235完全裂变释放的能量相当于约2.76吨标准煤燃烧产生的能量。

应用与意义

核反应的研究和应用对人类能源和科技发展有重大意义：

• 核电站利用核裂变发电
• 医学应用放射性同位素进行诊断和治疗
• 核聚变研究有望解决未来能源问题
• 宇宙中恒星能量来源是核聚变反应

理解核反应过程有助于我们更好地利用核能，同时防范核辐射风险。