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核能与核反应堆

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

核能与核反应堆

  

核能也叫做原子能或原子核能,它是由人眼看不见的小小的原子核内释

放出来的巨大能量。一克铀原子核裂变时所放出的能量,相当于燃烧 2.5 吨

煤所得到的热能。这种核能,是核燃料通过核反应堆所产生的。

我们都知道,世界上的物质都是由原子构成的,原子由原子核和围绕核

旋转的电子组成,原子本身已经很小,而原于核的直径仅仅是原子直径的十

万分之一。可是,这么微小的原子核却集中了几乎整个原子的质量。原子核

是由带正电的质子和不带电的中子构成的,质子和中子统称为核子。由于质

子带一个单位的正电荷,中子不带电,而质子和中子的质量又几乎相等,都

等于一个质量单位,所以原子核的电荷数等于它的质于数,原子核的质量数

则等于质子数和中子数之和。具有相同质子数的原子,它们原子核外的电子

数也相等,因而它们有着相同的化学性质,属于同一种元素,但对于中子数

不一样的原子,称为同位素。

从上面可以知道,原子核的半径是非常小的,在这样小的原子核内,却

拥挤着许多带正电的质子,它们之间必然要产生很大的相互排斥的静电力。

但是,通常的原子核却是很稳定的,原子核内的质子和中子能“和平共处”、

“共聚一堂”。这是因为除了质子之间相互排斥的静电力外,核内各粒子之

间还存在着强大的吸引力,这种吸引力,通常叫做核力。

人们通过实验发现,在原子核内的质子和质子之间、中子和中子之间、

质子和中子之间都存在着很强的核力。然而,核力只在很短的距离(大约 2

×10-15 米)内起作用,超过了这个距离,核力就迅速降低到零。由于质子和

中子的半径大约都为 0.8×10-15 米,所以质子或中子只跟与它相邻的质子或

中子起作用。

在原子核内的核子之间存在着十分强大的核力情况下,如果在某种条件

下原子核内的质子和中子发生了变化,那么它们之间的核力也会相应地发生

改变,并把一部分能量释放出来。这种由核子结合成原子核释放出的能量或

者由原子核分解为核子时吸收的能量,称为原子核的结合能或原子核能,也

就是我们通常所说的核能。

前面我们提到,一克铀原子核裂变时所放出的能量,相当于燃烧 2.5 吨

煤所得到的热能。两者释放的能量之所以相差如此之大,关键在于煤放出来

的是化学能,而铀放出来的是原子核能。

煤在燃烧时,只是碳原子和氧原子的核外电子进行相互交流,生成二氧

化碳分子,这种变化是一种化学变化,所放出的能,就是化学能;而铀放热

是原子核内发生了变化。在核反应中,铀原子核分裂成两个较小的原子核,

并释放出大量的核能,这也就是核能比化学能大得多的秘密所在。

目前,使原子核内蕴藏的巨大能量释放出来,主要有两种方法:一种是

将较重的原子核打碎,使其分裂成两半,同时释放出大量的能量,这种核反

应叫核裂变反应,所释放的能量叫做裂变核能。现在各国所建造的核电站,

就是采用这种核裂变反应的;用于军事上的原子弹爆炸,也是核裂变反应产

生的结果。第二种方法是,把两种较轻的原子核聚合成一个较重的原子核,

同时释放出大量的能量,这种核反应叫核聚变反应,氢弹爆炸就属于这种核

反应。不过它是在极短的一瞬间完成的,人们无法控制。近年来,受控核聚


变反应的研究已经使核能控制显露出希望的曙光。


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