核结合能

核结合能（英语：Nuclear binding energy），又称为原子能或核能，是由组成原子核的粒子之间发生的反应释放出的能量。原子能比化学反应中释放的热能要大将近5千万倍：铀核裂变的这种原子能释放形式约为200,000,000电子伏特，而碳的燃烧这种化学反应能量仅放出4．1电子伏特。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦提出狭义相对论，之后作为推论，又提出质能方程E=mc²，（其中E=能量，m=质量，c=光速常量）。自此核能得到科学的解释和开发利用。原子核由中子和质子构成。每个中子和质子都有自己的质量。但由于强相互作用与库伦相互作用的存在，一个原子核的质量不完全等于每个中子和质子的质量和。比如氦原子的质量M( ( H e 2 4 ) {displaystyle (He_{2}^{4})} )＝4.002603原子质量单位（u）,氢原子的质量M( ( H 1 1 ) {displaystyle (H_{1}^{1})} )＝1.007825u,中子的质量M（n）＝1.008665u氦核（ ( H e 2 4 ) {displaystyle (He_{2}^{4})} ）的质量与组成它的2质子（即2个氢原子）与2个中子质量和不同：2×M( ( H 1 1 ) {displaystyle (H_{1}^{1})} )＋2×M（n）＝2×1.007825u＋2×1.008665u＝4.032980uM（ ( H e 2 4 ) {displaystyle (He_{2}^{4})} ）= 4.002603u其差值为：△M＝4.032980u－4.002603u＝0.030377u当二个中子和二个质子组成一个氦核时，要损失△M＝0.030377u的质量。通过爱因斯坦的质能方程，可以算出由两个中子和两个质子形成一个氦核所释放的能量：ΔE＝ΔM ⋅ {displaystyle cdot } c 2 {displaystyle {c^{2}}} ＝28.30兆电子伏特。核结合能主要由强相互作用引起。其中包括体积能、表面能、库伦排斥能、对称能和对能等组成。由于原子核的结构与水滴的结构十分相近，可将原子核近似看做密度十分巨大的液滴来处理，这就是原子核的液滴模型。很显然，组成原子的核子越多，它的结合能就越高。因此，我们不妨将原子核的结合能与核子数之比定义为一个新的物理量——比结合能（又称平均结合能）。比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定。精密的物理检测表明对于质量数偏低的原子，核子比结合能随着质量数的增大而增大，而在镁和铁之间达到最大，之后便随着质量数的增大而减小。因此可以得出，当重原子裂变成两个或多个原子时，生成原子的结合能总和会大于原来重原子所具有的结合能，此间的差值便会以热能的形式释放出来，这便是核裂变反应。反之，当几个轻原子结合，合成原子的结合能大于原本所有原子结合能之和，这便是核聚变反应放出能量的来源。核能因为其巨大的能量具有强大的应用潜力但同时如果应用不当，落入反和平人士手中，其高强度能量却有可能变成全人类的灾难。核能一直备受抵制却不可替代。 核能的应用主要集中在以下几种形式：