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什么是原子核

2016/11/22 16:28:13

原子核發(fā)生變化時釋放的能量。如重核裂變和輕核聚變時所釋放的巨大能量。含有巨大能量,在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。
​原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時能釋放出大量的能量,稱為原子核能,簡稱核能,俗稱原子能。注意原子核能屬于常規(guī)能源。
放射性同位素放出的射線在醫(yī)療衛(wèi)生、食品保鮮等方面的應(yīng)用也是原子能應(yīng)用的重要方面。

利用鈾、钚、釷等核燃料在核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能,將水加熱成高溫高壓蒸汽以驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電的一種發(fā)電方式。用核能發(fā)電的電廠就叫做核電站。除了威懾作用以外,發(fā)電是核能的最常見的用途。
在發(fā)現(xiàn)原子核能以前,人類只知道世界上有機械能,如汽車運動的動能;有化學(xué)能,如燃燒酒精轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸細怏w和水放出熱能;有電能,當(dāng)電流通過電爐絲以后,會發(fā)出熱和光等。這些能量的釋放,都不會改變物質(zhì)的質(zhì)量,只會改變能量的形式。

例如,兩輛完全相同的汽車,都是5噸,一輛在運動,一輛是靜止的,如果運動的車一旦與靜止的車發(fā)生碰撞,猛然停止時,動能雖然失去了,可我們發(fā)現(xiàn),汽車在相撞處變得很熱。這是什么原因呢?汽車的動能轉(zhuǎn)變成了撞擊點金屬的熱能。但是,原子能比化學(xué)反應(yīng)中釋放的熱能要大將近5000萬倍:鈾核裂變的這種原子能釋放形式約為2億電子伏特(一種能量單位),而碳的燃燒這種化學(xué)反應(yīng)能量僅放出4.1電子伏特。原子能是怎樣產(chǎn)生的呢?鈾核裂變以后產(chǎn)生碎片,但所有這些碎片質(zhì)量加起來少于裂變以前的鈾核,那么,少掉的質(zhì)量到哪里去了,就是因為轉(zhuǎn)變成了原子能。愛因斯坦用E=mc^2的公式來表示,即:能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。由于光速是個很大的數(shù)字(c=299792458m/s),所以質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰亢髸莻€非常巨大的數(shù)量。 在核反應(yīng)過程中,原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化釋放出的能量,又稱核能,20世紀(jì)30年代末,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),用中子轟擊鈾原子核,一個入射中子能使一個鈾核分裂成兩塊具有中等質(zhì)量數(shù)的碎片,同時釋放大量能量和兩三個中子;這兩三個中子又能引起其他鈾核分裂,產(chǎn)生更多的中子,分裂更多的鈾核.這樣形成的自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng),可在瞬間把鈾核全部分裂,釋放出巨額能量.鈾235可以被任何能量的中子特別是運動速度最慢的熱中子分裂.鈾238只能被運動速度很快的快中子分裂,對慢中子和熱中子則只俘獲不分裂.通常所說的核裂變,主要指鈾235核分裂.一個鈾235核分裂釋放的核裂變能為2億電子伏特.這是原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的一種方式,叫裂變反應(yīng).另外一種方式叫聚變反應(yīng).如一個氘核和一個氚核聚合成一個氦核釋放出的核聚變能為1760萬電子伏特.以相同質(zhì)量的反應(yīng)物的釋能大小作比較,核裂變能和核聚變能分別是化學(xué)能的250萬倍和1000萬倍,1千克鈾235釋放出的能量相當(dāng)于燃燒2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤,1千克氘和氚相當(dāng)于1萬噸煤.

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