质能方程的力量,一个原子完全转换为能量是多少,一克原子呢?

一个碳 12 原子,如果按照质能方程 100% 地转化为能量,大约是 1.810^-9 焦耳;1 克原子 100% 转化为能量,将是 910^13 焦耳,相当于一颗原子弹释放的能量。

碳 -12 是相对原子质量的定义标准(12u),一个碳 -12 原子是 1.9927×10-26kg。如果使用一个碳 -12 原子与它的反原子相碰,就会发生湮灭,并按照质能方程 100% 地释放能量,能量载体一般为光子和中微子等等,其中每个碳原子释放能量为:

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△E=mc^2=1.992710^-26(310^8)^2≈1.810^-9 焦耳;

这是一个非常小的能量值,但是对于一个碳原子来说,能量还是不可小觑的;如果这些能量全部转化为波长 500nm 的可见光,那么光子数目为 450 亿个。

质量为一克的碳原子,拥有 n=1/12mol=5*10^22 个碳原子,如果这一克碳原子 100% 转化为能量将是:

E=n△E=910^13 焦耳;

比广岛原子弹(约 8*10^23 焦耳)释放的能量还高,可见在普通物质当中,都蕴含着巨大的能量,只是要把这部分能量释放出来是非常困难的。

原子弹中的质量亏损率不到 0.1%,氢弹中的质量亏损率大约为 0.7%,即便如此,一座核电站每年只需要几吨的铀材料,就足够全年的发电需求。

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但是地球上的核裂变材料是有限的,而且核裂变的废物缺少有效的处理措施,目前都是深埋于地下;而核聚变使用氘核与氚核作为原材料,这两种同位素在海水中大量存在,所以世界各国都在着力于发展可控核聚变技术。