Question

目前的核電站都是用鈾235作核燃料，通過(guò)裂變獲得核能。假如我們用氘和氚作核燃料，通過(guò)聚變獲得核能，問(wèn)兩種方法所需核燃料質(zhì)量之比為多少？
提供的數(shù)據(jù)有：一個(gè)鈾235核在裂變時(shí)放出△E_U = 200MeV的核能，氘原子質(zhì)量為2.01473u，氚原子質(zhì)量為3.01701u，氦原子的質(zhì)量為4.00388u，中子質(zhì)量為1.00867u，電子質(zhì)量為0.00055u,

Answer 1

解：氘核與氚核聚變的核反應(yīng)方程式為由于提供的數(shù)據(jù)為原子的質(zhì)量，反應(yīng)前核的總質(zhì)量應(yīng)為原子的總質(zhì)量減去5個(gè)電子質(zhì)量；反應(yīng)后的核總質(zhì)量應(yīng)為原子總質(zhì)量減去4個(gè)電子質(zhì)量，所以反應(yīng)前后原子核的質(zhì)量差為 [2.01473＋3.01701一5×0.00055一（4.00378＋1.00867一4×0.00055)]u＝0.01874u。一個(gè)氘核與一個(gè)氚核聚變釋放的核能為0.01874×931.5MeV＝17.5MeV。核材料釋放的總能量可看作它所含的核子數(shù)乘以每個(gè)核子平均釋放的能量，而核子的質(zhì)量可看成都是一樣的（三位有效數(shù)）。這樣，核反應(yīng)釋放的總能量相同，所需的核材料的質(zhì)量與核子平均釋放的能量成反比，因此，裂變和聚變所需的核材料質(zhì)量之比為點(diǎn)評(píng)：由以上計(jì)算可看出，相同質(zhì)量的核材料，聚變釋放的能量要大得多。