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时间: 2024-11-12 16:54:07 |   作者: 行业资讯

  从地球诞生以来,太阳公公就在源源不断地为咱们提供能量,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。在太阳的高温度高压力环境下,氢原子核两两相撞结合成为了氦原子核,正是在这样的一个过程中,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。我们大家都知道,原子核是由团结的质子和中子兄弟们紧密结合而成的,这个聚合力很强大,即使发生再剧烈的化学反应也无法将它们分开。那要怎么样才可以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,这样的一个过程叫做衰变,也是核能释放的一种形式。但是相比于核裂变,这样的一个过程要缓慢得多,释放的能量也没那么大,所以我们应该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,也是我们目前用来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”们被释放开来轰击铀原子,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的核裂变反应能释放出相当于燃烧3000吨煤炭那么多的热量!同时还不可能会产生二氧化碳、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,造成了大量的人员受伤或死亡,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。如果我们也可以掌控好核聚变反应,未来人类或许就能有自己制造的“太阳”,为我们大家带来取之不尽的能量!