发生核反应时，每个原子核的质量和能量都发生了改变吗？

原标题:发生核反应时，每个原子核的质量和能量都发生了改变吗？

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原子核在核反应后，整个体系的质量和能量（指每个原子核的结合能）都发生了改变，不改变的，只是“质量数”而已。

质量数只是一个“纯数字”，其基本意义可以理解成为是“原子核中的质子数与中子数的总和”，与原子核的质量没有直接关系。

在发生核反应时，反应前后的“重子数”必须保持守恒，所以出现了“核反应前后的质子数和中子数的总和”没有发生改变的情况，但这并不代表质量和能量没有改变。

再重复一遍，“质量数”只代表了原子核中的“质子数与中子数的总和”，并不代表任何的“质量”！

人类现在能够操作的核反应，反应前后质子数和中子数都不变，但并非任何核反应中质子数或中子数都不变。比如，太阳上的质子－质子链核聚变反应，第一步的反应中就有中子生成，两个质子生成一个氘核及一个正电子和中微子，方程式为1H + 1H → 2H + e+ + νe。

在一些粗略计算中经常认为原子核的质量等于质子的总质量加上中子的总质量(比如质量数等于质子数加中子数)，实际上并不等于。这就涉及到对爱因斯坦质能方程E=mc²的理解。

E=mc²将能量与质量联系在了一起。质能方程不仅适用于核反应，也适用于化学反应，适用于任何能量的转化和转移。化学反应后，生成物的质量并非严格等于反应物的质量，亏损的质量乘以光速的平方正好等于化学反应中释放的化学能。

核子之间存在着库伦相互作用及强相互作用，将核子拆开或重新组合在一起就要涉及到相互作用力做功，这样就会有能量发生变化。能量变了就意味着质量变了，质量的变化量正是等于能量的变化量除以光速的平方。

四个氢原子核通过核聚变反应结合成一个氦原子核，核反应前总共有4个质子，而核反应后只有2个质子；核反应前没有中子，核反应后有2个中子。因此，在核反应前后，质子数量和中子数量都是不守恒的。不过，核反应前后的重子总数均为4个，这是守恒的。尽管核反应前后重子总数守恒，但质量确实减少了，它们就会转化为能量被释放出来。

质子和中子都是由三个夸克组成，但组成它们的夸克是不同的，它们具有质量差异。不过，质子和中子的质量差异并不是核聚变反应质量损失的来源，真正的来源其实是核结合能。根据爱因斯坦的质能方程：E=mc^2，质量和能量是等价的。质子和中子在结合成原子核之后，原子核的总质量会小于自由质子和中子加起来的总质量，那些少去的质量变为核结合能，所以质子和中子才能结合在一起。

把核结合能比上核子数（质子和中子总数）得到比结合能，它表示原子核的稳定性。原子核的比结合能越高，它就越稳定，越不容易发生核聚变反应。各元素的比结合能如下图所示：

可以看到，氢原子核结合成氦原子核之后，比结合能增大，这部分能量就会被释放出来。

PS：未经同意不得转载（图片来源网络）

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