愛因斯坦的能量魔術——核能

我們都喜歡看魔術，無中生有“大變活人”是最吸引人的.如果有人說他能用一個“蘋果”變出一座“小山”，你相信嗎?這是一個能源魔術.

提起能源，還有一個驚人的消息，就是地球上蘊藏的煤#65380;石油等礦藏不久就將消耗殆盡.這個消息也許不新鮮了，但是，科學家是很認真的，他們正在努力尋找新能源，很成功的一種新能源就是核能.小小的原子核在裂變反應中所能釋放的能量竟比化學反應中釋放的能量約大5 000萬倍!1 kg的鈾裂變所釋放的核能，相當于2 500 t煤燃燒所得到能量，前者體積只是一個蘋果那樣大小，而后者可以堆成一座煤山，這真像一個魔術.核能是一種干凈的能源，它不會像我們現在燃燒的化石燃料那樣向大氣中排放大量的“溫室氣體”二氧化碳及大量的煙塵，不會對環境造成嚴重的破壞.

核能的問世經歷了100多年，開始于對原子秘密的探索.19世紀末，英國物理學家湯姆遜發現了電子，法國物理學家貝克勒爾后來發現了放射性.1898年，居里夫人發現新的放射性元素釙，1902年，她經過4年的艱苦努力又發現了放射性元素鐳，放射性顯示出核能的曙光.到了20世紀初，著名科學家愛因斯坦在1905年發表的“相對論”論文中推導出一個“奇怪的”公式——質能轉換公式E=mc²，式中c為光速(約3×10⁸ m / s)，E為能量，m為轉換成能量的質量.能量等于質量乘以光速的平方.光速是一個極大的數值，所以只要有一點點質量轉變成能量，就是一個驚人的數字.

看上去，這是一個形式上很簡單的公式，但是很不好理解.大家都十分熟悉能量守恒和質量守恒，而愛因斯坦卻與眾不同，他把質量和能量連成一體來看，他告訴大家:質量可以變成能量，能量也可以變成質量.后來，科學家在核反應中確實發現了“質量虧損”.丟掉的質量哪里去了?實驗證明，變成了能量.如果這些能量釋放出來，就是人們所說的原子能或核能了.

1942年12月2日，著名科學家康普頓領導幾十位科學家終于把上述的“魔術”預言變成了事實.他們在美國芝加哥大學成功啟動了世界上第一座核反應堆.雖然第一座核反應堆首次啟動時，產生的功率僅能點亮一個0.5 W的燈泡，但標志著人類從此進入了核能時代.一種通過原子核變化而產生的新能源從此誕生，這是20世紀人類的一項偉大發現.

目前，使用核能主要有兩種辦法.一種是將較重的原子核打破，使其分裂成兩半，同時釋放出大量的能量.轟擊原子核的子彈是中子，中子撞擊鈾原子核時，一個鈾核吸收了一個中子而分裂成兩個較輕的原子核，此時發生質量虧損(兩個較輕的原子核的總質量小于原來鈾核的質量)，同時發生質能轉換，放出很大的能量，并產生2個或3個新的中子.它們作為新的子彈繼續轟擊其他的鈾原子核，反應便可以不斷維持下去，稱為鏈式反應，這就是舉世聞名的“核裂變反應”.現在世界各國所建造的核電站，原理都是核裂變反應，用于軍事上的原子彈爆炸，也是核裂變反應產生的結果.另一種核反應是，將兩種較輕的原子核聚合成一個較重的原子核，核聚變又叫“熱核反應”，它可以釋放出比核裂變反應更多的能量，氫彈的原理就是熱核反應.地球上，核聚變的材料非常豐富，它是氫的同位素——氘.在地球上存在氘和氧組成的重水，重水主要存在于海水中，1 L海水中的重水含的氘通過核聚變釋放出的能量，相當于300 L汽油完全燃燒釋放出的能量.全世界海水中所含的氘通過核聚變釋放出的聚變能，可供人類在很高的消費水平下使用50億年.

對核能發電懷有恐懼心理是大可不必的.在核反應堆中，科學家采用電子儀器自動調節控制棒插入的深淺來控制能量釋放的速率，使能量慢慢釋放出來，而原子彈則是不受任何控制的瞬間爆炸.打個比方，核電廠像一位有經驗的優秀司機駕駛著一輛載重卡車，而原子彈則是一輛沒有剎車橫沖直撞的貨車，所以不是一碼事.核裂變反應的過程中所釋放的大量核能，在反應堆中大部分都轉變為熱能，使反應堆的溫度升高，這些熱能通過一定的方法又轉化成電能.在核反應堆外面修建有很厚的水泥防護層，用來阻擋核反應中產生的射線對人體的傷害.目前，科學家還沒有掌握可控制熱核反應的成熟技術，所以還不能應用到發電上.

我國最早建成的是浙江省秦山(一期)核電站，它使中國成為繼美#65380;英#65380;法#65380;蘇聯#65380;加拿大和瑞典之后世界上第七個能自行設計#65380;建造核電站的國家.

目前，我國正著手實施新的核能發展計劃.我們的目標是:到2020年核能發電量將占整個發電量的6%，該水平是現有水平的三倍.

責任編輯 蔡華杰