介绍一下核能发电

介绍一下核能发电

自从1896年法国物理学家贝可勒尔发现铀的天然放射性以来，由于近百年来世界各国科学家的辛勤探索，人类不但对物质的微观结构有了更深刻的了解，而且还开发出了威力无比的核能。与此同时与核能相关的核技术，如加速器技术、同位素制备技术、核辐射探测技术、核成像技术、辐射防护技术及应用核技术等也得到迅猛发展。近百年来在这个领域已有40多位科学家获得了世界科学技术成就的最高奖赏——诺贝尔物理学奖或化学奖，这是其他任何学科领域都从未有过的。

第二次世界大战末期，美国使用绰号叫“小男孩”和“胖子”的两颗原子弹在日本广岛和长崎造成了人间灾难。从此人们一听到“原子弹”三个字就不寒而粟，甚至“原子能”或“核能”也被曲解为核武器的代名词。直至今天还有不少人对核电站害怕得很，以为核电站出事故时也会像原子弹一样爆炸，公众对核能和核技术充满恐惧感和神秘感。

然而核能的发现和应用也与古代“火药”的发明和应用一样，它既能用来作为杀人武器，又能移山填海，造福人类。事实上，第二次世界大战结束后，热爱和平的各国科学家就在和平利用核能力上面进行了卓有成效的工作。原子弹爆炸9年后，世界上第一座核电站在前苏联建成发电，它标志着人类大规模利用核能时代的开始。然而，直到今天，核能的利用仍然在两个领域中同时展开和同时发展。一方面在建设更多的不同堆型的核电站——轻水堆电站、重水堆电站、快堆电站，另一方面又在制造大规模的杀伤核武器——原子弹、氢弹、中子弹；一方面在建

造核动力破冰船，另一方面又在建造核动力航空母舰和核潜艇。以致直至今天人类仍处在核威胁和核恐怖之中。为此热爱和平的人们一直在呼吁禁止核武器，直至彻底销毁全部核武器。

在进入21世纪，和平和发展已成为世界主流，人们既期望核能作为最具潜力的新能源在解决人类面临的能源危机中能发挥主力军的作用；又希望核武器永远在地球上消失，让人类赖以生存的地球成为美丽的乐园。

人类生活中利用的大多是化学能。化石燃料燃烧时燃料中的碳原子和空气中的氧原子结合，同时放出一定的能量。这种原子结合和分离使得电子的位置和运动发生变化，从而释放出的能量称之为化学能。显然它与原子核无关。

如果设法使原子核结合或分离是否也能释放出能量呢?近百年来科学家持之以恒的努力给予的答案是肯定的。这种由于原子核变化而释放出的能量，早先通俗地称为原子能。因为所谓原子能实际上是由于原子核发生变化而引起的，因此应该确切地称之为原子核能。经过科学家们多年的宣传，现在广大公众已了解原子能实际上是“核”的功劳，于是现在简洁的称呼“核能”取代了“原子能”；“核弹”、“核武器”取代了“原子弹”和“原子武器”。

“核能”来源于将核子(质子和中子)保持在原子核中的一种非常强的作用力——核力。试想，原于核中所有的质子都是带正电的，当它们拥挤在一个直径只有10-13cm的极小空间内时其排斥力该有多么大!然而质子不仅没有飞散，相反地还和不带电的中子紧密地结合在一起。这说明在核子之间还存在一种比电磁力要强得多的吸引力，这种力科学家就称之为“核力”。核力和人们熟知的电磁力以

及万有引力完全不同，它是一种非常强大的短程作用力。当核子间的相对距离小于原子核的半径时，核力显得非常强大；但随着核子间距离的增加，核力迅速减小，一旦超出原于核半径，核力很快下降为零。而万有引力和电磁力都是长程力，它们的强度虽会随着距离的增加而减小，但却不会为零。

科学家在研究原于核结合时发现，原子核结合前后核子质量相差甚远。例如氦核是由4个核子(2个质子和2个中子)组成，对氦核的质量测量时发现，其质量为4.002663原子质量单位：而若将4个核子的质量相加则应为4.032980原子质量单位。

这说明氦核结合后的质量发生了“亏损”，即单个核的质量要比结合成核的核子质量数大。这种“质量亏损现象”正是缘于核子间存在的强大核力。核力迫使核子间排列得更紧密，从而引发质量减少的“怪”现象。

根据爱因斯坦的质能关系，任何物质的质量m和能量E之间有如下关系：E=mc2

式中：C为真空中的光速。

根据上式，氮核的质量亏损所形成的能量为E=28.30MeV。当然就单个氦核而言，质量亏损所形成的能量很小，但对1g氦而言，它释放的能量就大得惊人，达6.78×1011J，即相当于19万kW·h的电能。由于核力比原子核与外围电子之间的相互作用力大得多，因此核反应中释放的能量就要比化学能大几百万倍。科学家将这种由核子结合成原子核时所放出的能量称之为原子核的总结合能。由于

各种原子核结合的紧密程度不同，原子核中核子数不同，因此总结合能也会随之变化。由于结合能上的差异，于是产生了两种利用核能的不同途径：核裂变和核聚变。