介紹一下核能發(fā)電

介紹一下核能發(fā)電自從1896年法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的天然放射性以來(lái)，由于近百年來(lái)世界各國(guó)科學(xué)家的辛勤探索，人類不但對(duì)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)有了更深刻的了解，而且還開(kāi)發(fā)出了威力無(wú)比的核能。與此同時(shí)與核能相關(guān)的核技術(shù)，如加速器技術(shù)、同位素制備技術(shù)、核輻射探測(cè)技術(shù)、核成像技術(shù)、輻射防護(hù)技術(shù)及應(yīng)用核技術(shù)等也得到迅猛發(fā)展。近百年來(lái)在這個(gè)領(lǐng)域已有40多位科學(xué)家獲得了世界科學(xué)技術(shù)成就的最高獎(jiǎng)賞——諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)或化學(xué)獎(jiǎng)，這是其他任何學(xué)科領(lǐng)域都從未有過(guò)的。

第二次世界大戰(zhàn)末期，美國(guó)使用綽號(hào)叫“小男孩”和“胖子”的兩顆原子彈在日本廣島和長(zhǎng)崎造成了人間災(zāi)難。從此人們一聽(tīng)到“原子彈”三個(gè)字就不寒而粟，甚至“原子能”或“核能”也被曲解為核武器的代名詞。直至今天還有不少人對(duì)核電站害怕得很，以為核電站出事故時(shí)也會(huì)像原子彈一樣爆炸，公眾對(duì)核能和核技術(shù)充滿恐懼感和神秘感。

然而核能的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用也與古代“火藥”的發(fā)明和應(yīng)用一樣，它既能用來(lái)作為殺人武器，又能移山填海，造福人類。事實(shí)上，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，熱愛(ài)和平的各國(guó)科學(xué)家就在和平利用核能力上面進(jìn)行了卓有成效的工作。原子彈爆炸9年后，世界上第一座核電站在前蘇聯(lián)建成發(fā)電，它標(biāo)志著人類大規(guī)模利用核能時(shí)代的開(kāi)始。然而，直到今天，核能的利用仍然在兩個(gè)領(lǐng)域中同時(shí)展開(kāi)和同時(shí)發(fā)展。一方面在建設(shè)更多的不同堆型的核電站——輕水堆電站、重水堆電站、快堆電站，另一方面又在制造大規(guī)模的殺傷核武器——原子彈、氫彈、中子彈；一方面在建造核動(dòng)力破冰船，另一方面又在建造核動(dòng)力航空母艦和核潛艇。以致直至今天人類仍處在核威脅和核恐怖之中。為此熱愛(ài)和平的人們一直在呼吁禁止核武器，直至徹底銷毀全部核武器。

在進(jìn)入21世紀(jì)，和平和發(fā)展已成為世界主流，人們既期望核能作為最具潛力的新能源在解決人類面臨的能源危機(jī)中能發(fā)揮主力軍的作用；又希望核武器永遠(yuǎn)在地球上消失，讓人類賴以生存的地球成為美麗的樂(lè)園。

人類生活中利用的大多是化學(xué)能?；剂先紵龝r(shí)燃料中的碳原子和空氣中的氧原子結(jié)合，同時(shí)放出一定的能量。這種原子結(jié)合和分離使得電子的位置和運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化，從而釋放出的能量稱之為化學(xué)能。顯然它與原子核無(wú)關(guān)。

如果設(shè)法使原子核結(jié)合或分離是否也能釋放出能量呢?近百年來(lái)科學(xué)家持之以恒的努力給予的答案是肯定的。這種由于原子核變化而釋放出的能量，早先通俗地稱為原子能。因?yàn)樗^原子能實(shí)際上是由于原子核發(fā)生變化而引起的，因此應(yīng)該確切地稱之為原子核能。經(jīng)過(guò)科學(xué)家們多年的宣傳，現(xiàn)在廣大公眾已了解原子能實(shí)際上是“核”的功勞，于是現(xiàn)在簡(jiǎn)潔的稱呼“核能”取代了“原子能”；“核彈”、“核武器”取代了“原子彈”和“原子武器”。

“核能”來(lái)源于將核子(質(zhì)子和中子)保持在原子核中的一種非常強(qiáng)的作用力——核力。試想，原于核中所有的質(zhì)子都是帶正電的，當(dāng)它們擁擠在一個(gè)直徑只有10-13cm的極小空間內(nèi)時(shí)其排斥力該有多么大!然而質(zhì)子不僅沒(méi)有飛散，相反地還和不帶電的中子緊密地結(jié)合在一起。這說(shuō)明在核子之間還存在一種比電磁力要強(qiáng)得多的吸引力，這種力科學(xué)家就稱之為“核力”。核力和人們熟知的電磁力以及萬(wàn)有引力完全不同，它是一種非常強(qiáng)大的短程作用力。當(dāng)核子間的相對(duì)距離小于原子核的半徑時(shí)，核力顯得非常強(qiáng)大；但隨著核子間距離的增加，核力迅速減小，一旦超出原于核半徑，核力很快下降為零。而萬(wàn)有引力和電磁力都是長(zhǎng)程力，它們的強(qiáng)度雖會(huì)隨著距離的增加而減小，但卻不會(huì)為零。

科學(xué)家在研究原于核結(jié)合時(shí)發(fā)現(xiàn)，原子核結(jié)合前后核子質(zhì)量相差甚遠(yuǎn)。例如氦核是由4個(gè)核子(2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子)組成，對(duì)氦核的質(zhì)量測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，其質(zhì)量為4.002663原子質(zhì)量單位：而若將4個(gè)核子的質(zhì)量相加則應(yīng)為4.032980原子質(zhì)量單位。

這說(shuō)明氦核結(jié)合后的質(zhì)量發(fā)生了“虧損”，即單個(gè)核的質(zhì)量要比結(jié)合成核的核子質(zhì)量數(shù)大。這種“質(zhì)量虧損現(xiàn)象”正是緣于核子間存在的強(qiáng)大核力。核力迫使核子間排列得更緊密，從而引發(fā)質(zhì)量減少的“怪”現(xiàn)象。

根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系，任何物質(zhì)的質(zhì)量m和能量E之間有如下關(guān)系：E=mc2根據(jù)上式，氮核的質(zhì)量虧損所形成的能量為E=28.30MeV。當(dāng)然就單個(gè)氦核而言，質(zhì)量虧損所形成的能量很小，但對(duì)1g氦而言，它釋放的能量就大得驚人，達(dá)6.78×1011J，即相當(dāng)于19萬(wàn)kW·h的電能。由于核力比原子核與外圍電子之間的相互作用力大得多，因此核反應(yīng)中釋放的能量就要比化學(xué)能大幾百萬(wàn)倍?？茖W(xué)家將這種由核子結(jié)合