放射現象與核能子課題
V.2 核反應與質能關係
Nuclear Reactions & Mass-Energy
E = mc² 與質量虧損、結合能、核裂變與核聚變、連鎖反應與反應堆
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核心考點
1. 質能關係與質量虧損
考評提示：能量 E = Δmc²；1 u 質量虧損 ≈ 931 MeV
- 公式**質能關係 E = mc²**：質量與能量可互換；核反應後產物總靜止質量較反應前小，差值 **Δm**（質量虧損）轉化為能量 **E = Δmc²**。
- 計算計算步驟：用統一原子質量單位 u 寫出反應前後質量 → 求 Δm → 換算 **1 u ≈ 931 MeV**（或先換 kg 再用 E = mc²）。
- 定義**結合能**＝把原子核完全拆成獨立質子和中子所需的能量；**每核子平均結合能越大，核越穩定**，鐵 Fe-56 最高。
- 邏輯質量虧損並非違反守恆：質量轉化為能量後，**質能總量仍守恆**；不要寫成「能量憑空產生」。
- 易錯陷阱^^切勿把「質量虧損 Δm」（真實質量差，單位 u 或 kg）與「質量數變化」（核子數目，整數）混為一談，兩者是不同概念^^。
2. 核裂變與核聚變
考評提示：裂變＝重核分裂；聚變＝輕核結合，兩者都放能
- 流程**核裂變**：重核（如 U-235）吸收一中子後分裂成兩個中等質量碎片，同時放出 **2–3 個中子**和大量能量。
- 流程**核聚變**：輕核（如氘 H-2、氚 H-3）在**極高溫高壓**下結合成較重核（如 He-4），放出能量；是太陽的能量來源。
- 對比聚變條件苛刻：需數百萬度高溫克服核間**靜電排斥力**，故地球上難以受控；裂變則靠中子觸發，較易在反應堆實現。
- 對比能量比較：聚變**每核子**釋放能量比裂變高（聚變約 3.5 MeV/核子、裂變約 1 MeV/核子），且聚變燃料（海水中的氘）更豐富。
- 易錯陷阱^^利弊論述要平衡：裂變產生長半衰期放射性廢料，聚變幾乎無長期廢料但技術未成熟^^；勿只寫一邊。
3. 連鎖反應與核反應堆
考評提示：控制棒「吸收」中子、慢化劑「減慢」中子，功能不同
- 定義**連鎖反應**：每次裂變放出的中子再觸發新裂變；若平均每次裂變引致一個新裂變，反應持續，稱**臨界**狀態。
- 定義**臨界質量**＝維持持續連鎖反應所需的最少裂變材料質量；低於此質量，太多中子逃逸，反應無法維持。
- 流程**控制棒**（硼或鎘）**吸收**多餘中子調節速率：插得越深→自由中子越少→反應越慢；緊急時全插停堆。
- 易錯陷阱**慢化劑**（水或石墨）把快中子**減慢**為熱中子，使其更易被 U-235 吸收引發裂變；^^慢化劑是減慢不是吸收中子^^。
- 邏輯調節功率：**抽出**控制棒→更多中子→反應加快；**插入**控制棒→更少中子→反應減慢。
常見題型 · scoring points
試由質量數據計算核反應釋放的能量（3 分）
- 寫出反應前、後所有粒子總質量（含放出粒子），求 Δm（1 分）。
- 用 E = Δm × 931 MeV/u（或 Δmc²）換算能量（1 分）。
- 註明能量基準（每個反應或每核子），保留正確有效數字（1 分）。
放射現象與核能 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準。最後更新：2026 年 6 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE Physics 神器 App。
