介紹一下核能發(fā)電

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

第二次世界大戰(zhàn)末期，美國使用綽號叫“小男孩”和“胖子”的兩顆原子彈在日本廣島和長崎造成了人間災(zāi)難。從此人們一聽到“原子彈”三個字就不寒而粟，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核電站害怕得很，以為核電站出事故時也會像原子彈一樣爆炸，公眾對核能和核技術(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，它既能用來作為殺人武器，又能移山填海，造福人類。事實上，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，熱愛和平的各國科學(xué)家就在和平利用核能力上面進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，它標志著人類大規(guī)模利用核能時代的開始。然而，直到今天，核能的利用仍然在兩個領(lǐng)域中同時展開和同時發(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；一方面在建造核動力破冰船，另一方面又在建造核動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。

在進入21世紀，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中能發(fā)揮主力軍的作用；又希望核武器永遠在地球上消失，讓人類賴以生存的地球成為美麗的樂園。

人類生活中利用的大多是化學(xué)能?；剂先紵龝r燃料中的碳原子和空氣中的氧原子結(jié)合，同時放出一定的能量。這種原子結(jié)合和分離使得電子的位置和運動發(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。因為所謂原子能實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)過科學(xué)家們多年的宣傳，現(xiàn)在廣大公眾已了解原子能實際上是“核”的功勞，于是現(xiàn)在簡潔的稱呼“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”來源于將核子(質(zhì)子和中子)保持在原子核中的一種非常強的作用力——核力。試想，原于核中所有的質(zhì)子都是帶正電的，當它們擁擠在一個直徑只有10-13cm的極小空間內(nèi)時其排斥力該有多么大!然而質(zhì)子不僅沒有飛散，相反地還和不帶電的中子緊密地結(jié)合在一起。這說明在核子之間還存在一種比電磁力要強得多的吸引力，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有引力完全不同，它是一種非常強大的短程作用力。當核子間的相對距離小于原子核的半徑時，核力顯得非常強大；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。而萬有引力和電磁力都是長程力，它們的強度雖會隨著距離的增加而減小，但卻不會為零。

科學(xué)家在研究原于核結(jié)合時發(fā)現(xiàn)，原子核結(jié)合前后核子質(zhì)量相差甚遠。例如氦核是由4個核子(2個質(zhì)子和2個中子)組成，對氦核的質(zhì)量測量時發(fā)現(xiàn)，其質(zhì)量為4.002663原子質(zhì)量單位：而若將4個核子的質(zhì)量相加則應(yīng)為4.032980原子質(zhì)量單位。

這說明氦核結(jié)合后的質(zhì)量發(fā)生了“虧損”，即單個核的質(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。當然就單個氦核而言，質(zhì)量虧損所形成的能量很小，但對1g氦而言，它釋放的能量就大得驚人，達6.78×1011J，即相當于19萬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)能大幾百萬倍?？茖W(xué)家將這種由核子結(jié)合