核能计算

王朝百科·作者佚名  2010-02-23  
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相互作用强度 是作用力性质的一个重要标志。在量子场论中一般以相互作用的耦合常数来表征作用强度。耦合常数是一个无量纲的数。

例如 电磁作用以 精细结构常数 α = e^2/(2εhc) = 0.007 表示

引力作用以 GM^2/(2hc) ≈5 * 10^(-40) 表示。其中G为万有引力常数,而M为质子质量。

四大相互作用的耦合常数分别为

引力:10^(-40)

电磁力:10^(-2)

弱相互作用:10^(-5)

强相互作用:1

但是耦合常数只能“粗糙”地表征相互作用强度。绝对的比较实际上是无法实现的。还要看具体情况是什么样的。例如 质子-质子之间的电磁力 与电子-电子之间的电磁力相同,而它们之间的万有引力却相差高达 10^6 倍。

对于你所关心的问题,我觉得可以这样进行估算:

氘(质子+中子)的结合能约 2MeV 多一点。

想象用一个恒外力 克服 核力 把 中子 拉出来,需要做功 2MeV≈3.2*10^(-19)^焦耳

核力是短程力,当中子-质子之间距离大于一定程度的数值后,核力立刻消失。

氘核的核半径约为 1.5*10^(-15) 米。核力的作用程(作用距离)一般也在这个量级。

因此不妨粗略地认为 中子拉出来的过程中,中子移动距离达到 10^(-15) 米时,核力就已经消失了。

F*S = W

F=W/S = 3.2*10^(-19)焦耳/10^(-15)米 ≈ 10^(-4) 牛顿

即粗略估算,氘核当中 质子-中子 之间的强相互作用力约 10^(-4)牛顿。

以上是对于氘进行的估算。如果对重核进行估算,那么由于重核中 质子-中子之间的结合能 约达 15 MeV,所以重核中的核力会略有所增加,在10^(-3)牛顿水平。

作为兴趣,有必要估算下 氘核当中的 质子-中子 万有引力

F = G*Mp*Mn/R^2 = 6.67*×10^-11 米^3/(千克·秒^2) * 1.67*10^(-27)千克*1.67*10^(-27)千克 /[3*10^(-15)米*3*10^(-15)米]

= 6.2 * 10^(-35) 牛顿

万有引力比 核力 小了约 10^(-31)倍。

 
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