会员登录
核电站释放的“白烟”其实是蒸汽 | 图源：pixabay
从地球诞生以来，太阳公公就在源源不断地为我们提供能量，但是太阳公公的能量又是从哪里来的呢？
我们总把太阳比作一个燃烧的大火球，但其实它和我们平常见到的燃烧反应有着本质的区别。不论是烧木柴还是烧煤炭，它们都是分子之间在发生化学反应，而不会改变构成分子的原子的结构，但是在太阳那里的“燃烧”已经深入到了原子中心，让原子核发生了改变。在太阳的高温高压环境下，氢原子核两两相撞结合成为了氦原子核，正是在这个过程中，从原子核内部释放出了大量能量，这可比化学燃烧反应释放的能量多得多。这种由两个原子核聚合成一个更大的原子核的反应，被称为核聚变，由此释放的原子核能量，即核能，就是太阳巨大能量的源泉。
核聚变释放的能量属于核能的一种，还有另一种核能来自于与核聚变相反的过程——核裂变。在核裂变反应中，一个较大的原子核被拆成了两个或更多的原子核，同样也会释放出大量核能。我们知道，原子核是由团结的质子和中子兄弟们紧密结合而成的，这个聚合力非常强大，即使发生再剧烈的化学反应也无法将它们分开。那要怎么才能把一个原子核拆开呢？
在自然界中存在着一类不稳定的放射性元素，为了达到稳定的状态，它们会自发地向外辐射粒子，包括α粒子、β粒子、γ射线等等，原子核的质量随之减少，这个过程叫做衰变，也是核能释放的一种形式。但是相比于核裂变，这个过程要缓慢得多，释放的能量也没那么大，所以我们需要借助外力来把原子核拆开。最常用的方法是用“子弹”去轰击它，这个“子弹”就是比原子核小得多的中子。
由于质量小的原子核，内部结构更稳定，而且目标太小，中子很难撞上，因此以我们目前的技术只能将质量相对来说很大的原子核拆开，比如自然界中的铀原子的原子核就成为了我们获取核能的目标。所有属于铀元素的家族成员都含有92个质子，但它们的中子数就未必相同了，这些含有不同中子数的成员都属于铀元素的同位素。其中含有143个中子的铀235（质子数与中子数的和）是铀的一种放射性同位素，也是我们目前用于制造核裂变反应的主要物质。
找到了合适的“靶子”，接下来就可以发射中子“子弹”去撞击了。在人工建造的核反应堆中，微小的中子“子弹”们被释放出来轰击铀原子，受到冲撞的铀原子会先释放出几个中子，这些中子又会继续撞击其他铀原子，从而引发一连串释放核能的反应。
根据物理学家爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2（E=能量，m=质量，c=光速），在核反应中由物质转化而来的能量是非常巨大！要知道，1千克铀235的核裂变反应能够释放出相当于燃烧3000吨煤炭那么多的热量！同时还不会产生二氧化碳、二氧化硫等污染大气的反应产物。所以说，核能是一种非常高效的清洁能源。
如今的我们已经能够基本掌控核裂变反应，并且成功地用于核电站的发电，还有潜艇、舰船，甚至是航天器的驱动，但是核能依然没有在我们的日常生活中普及。这是因为核反应堆中存在着大量放射性物质，如果不慎释放到环境中，会对周围一切生物包括人类产生很强的辐射伤害。历史上最严重的一次核泄漏事故发生在1986年俄罗斯的切尔诺贝利核电站，造成了大量的人员伤亡，那里的辐射影响至今仍未消散。所以对于核能的使用，我们还需要开发更安全可靠的技术。
核聚变反应相比于核裂变产生的放射性物质更少、释放的能量更多，但目前仍处于实验阶段。如果我们能够掌控好核聚变反应，未来人类或许就能拥有自己制造的“太阳”，为我们带来取之不尽的能量！
关注【深圳科普】微信公众号，在对话框：
回复【最新活动】，了解近期科普活动
回复【科普行】，了解最新深圳科普行活动
回复【研学营】，了解最新科普研学营
回复【科普课堂】，了解最新科普课堂
回复【科普书籍】，了解最新科普书籍
回复【团体定制】，了解最新团体定制活动
回复【科普基地】，了解深圳科普基地详情
回复【观鸟知识】，学习观鸟相关科普知识
深圳
- 参加最新科普活动
- 认识科普小朋友
- 成为科学小记者
