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今天和大家聊一聊世界上最稳定的元素是什么？不过这篇文章是从物理角度进行讲解的，并非化学角度，所以本文提到的稳定并不是指元素的化学性质是否活泼，而是指元素的衰变周期的长短，在讲解这个问题之前，我们需要先来简单的了解一下：核聚变和核裂变 核武器的秘密核武器是目前世界上威力最大的武器，很多读者表示好奇：为何看起来质量、体积都不是很大的一枚炸弹，竟然可以在爆炸时释放出足以毁灭一个城市的恐怖力量，这远远超出了我们对于武器的认知，所以难免会引发我们对于核武器爆炸机制及原理的好奇。 想要了解核武器为何能释放如此巨大的能量，我们必须要先来了解一个公式，即物理学家爱因斯坦提出的质能方程。 E=mc²核武器为何能释放如此巨大的能量，其实秘密就源于E=mc² E表示能量，m代表质量，c表示光速，也就是说物质的总能量等于其质量乘以光速的平方 我们可以通过E=mc²计算一个苹果的总能量，假设苹果质量为1kg， 那么苹果总能量E=1kg×299792458 m/s2， 通过质量方程进行计算，我们会发现一个苹果所蕴含的总能量是十分惊人的，甚至比一颗原子弹的能量还要高，那么苹果如此大的能量是从哪里来的呢？ E=mc²，通过这个方程我们可以看出，光速c是不变的，所以c²是一个固定值，那么E和m就是成正比的，也就是说物体的总能量与总质量成正比。 物质释放的能量源于物质质量的减少，换句话说，物质损失的质量是转化成能量释放出去了 这里使用核裂变给大家举个例子通常核裂变采用的原料是235U，235U是中子数为143，质子数为92的元素铀的放射性同位素，之所以称其为放射性，是因为235U原子核所包含的质子和中子很多，原子核很大，所以它是不稳定的，很容易发生衰变。 如果我们用一个中子去轰击235U的原子核，那么235U的原子核就会被打成两瓣儿，变成钡和氪，然后释放3个中子。 释放的中子会继续轰击235U的原子核，然后继续形成钡和氪、中子，这种链式反应不断的持续下去，在此期间就会释放出巨大的能量，这就是核裂变反应。 核裂变反应的方程式：235U 1n（中子）=137Ba 97Kr 3n（中子） 细心的读者能够发现，我们将核裂变反应前后的质量数相加，质量数等于原子核内质子数加上中子数 235U 1n=236 144Ba 89Kr 3n=236 核裂变反应前后的质量数并没有发生变，那么质量的减少又是从何而来呢？ 质量数是质子数与中子数的合，代表的数量，而不是质量，虽然核裂变反应前后的质子与中子的数量没有变化，那么质量肯定是会减少一点点的，减少的质量乘以光速的平方就是核裂变释放出的能量。 核聚变与核裂变是一个原理，区别在于核聚变并不是一个原子核分裂成几个新的原子核，而是几个原子核合成一个新的原子核，这里就不展开讲解了。 核能的无限循环能否实现？可能有些读者会提出这样一个设想：如果我们先使用核裂变，将原子序数大的元素进行裂变，裂变产生的元素再进行裂变，无限的循环下去，直到裂变形成无法再裂变的原子序数为1的氢元素，然后在使用原子序数为1的氢元素进行无限聚变，循环往复。岂不是能源就可以无穷无尽了吗？ 这个想法是很新颖的，但是不可能实现，并不是因为人类的科技水平达不到无限裂变、聚变的程度，而是核聚变和核裂变反应有一个临界值。 也就是说核聚变反应与核裂变反应不可能无限的进行下去，核聚变反应会随着原子序数的不断增加，导致核聚变越来越困难，核裂变反应也是同理，虽然原子序数的减少，核裂变反应也会越来越困难，两者有一个临界值，这个临界值就是铁元素。 当核裂变或者核聚变反应进行到铁元素的时候，反应也就停止了，因为铁元素发生聚变或者裂变并不能再释放能量，反而要从外界汲取能量。 所以才有了这样一句话：老铁，真稳 日本的物理学家曾经进行过一项很无聊的实验，在相对封闭的环境下观察铁元素的衰变情况，物理学家对于铁元素进行了3年的观察，发现在3年期间内铁元素发生衰变不超过3个，而且3个发生衰变的粒子也无法判断是否为铁元素造成的，所以物理学家推论：铁元素是目前已知最稳定的元素，其衰变周期要大于宇宙诞生的年龄，故研究铁元素衰变并不具有现实意义。 |
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