核能与核反应堆

核能也叫做原子能或原子核能，它是由人眼看不见的小小的原子核内释放出来的巨大能量。一克铀原子核裂变时所放出的能量，相当于燃烧 2.5 吨煤所得到的热能。这种核能，是核燃料通过核反应堆所产生的。

我们都知道，世界上的物质都是由原子构成的，原子由原子核和围绕核旋转的电子组成，原子本身已经很小，而原于核的直径仅仅是原子直径的十万分之一。可是，这么微小的原子核却集中了几乎整个原子的质量。原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的，质子和中子统称为核子。由于质子带一个单位的正电荷，中子不带电，而质子和中子的质量又几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数等于它的质于数，原子核的质量数则等于质子数和中子数之和。具有相同质子数的原子，它们原子核外的电子数也相等，因而它们有着相同的化学性质，属于同一种元素，但对于中子数不一样的原子，称为同位素。

从上面可以知道，原子核的半径是非常小的，在这样小的原子核内，却拥挤着许多带正电的质子，它们之间必然要产生很大的相互排斥的静电力。但是，通常的原子核却是很稳定的，原子核内的质子和中子能“和平共处”、“共聚一堂”。这是因为除了质子之间相互排斥的静电力外，核内各粒子之间还存在着强大的吸引力，这种吸引力，通常叫做核力。

人们通过实验发现，在原子核内的质子和质子之间、中子和中子之间、质子和中子之间都存在着很强的核力。然而，核力只在很短的距离（大约 2

×10^-15 米）内起作用，超过了这个距离，核力就迅速降低到零。由于质子和中子的半径大约都为 0.8×10^-15 米，所以质子或中子只跟与它相邻的质子或中子起作用。

在原子核内的核子之间存在着十分强大的核力情况下，如果在某种条件下原子核内的质子和中子发生了变化，那么它们之间的核力也会相应地发生改变，并把一部分能量释放出来。这种由核子结合成原子核释放出的能量或者由原子核分解为核子时吸收的能量，称为原子核的结合能或原子核能，也就是我们通常所说的核能。

前面我们提到，一克铀原子核裂变时所放出的能量，相当于燃烧 2.5 吨煤所得到的热能。两者释放的能量之所以相差如此之大，关键在于煤放出来的是化学能，而铀放出来的是原子核能。

煤在燃烧时，只是碳原子和氧原子的核外电子进行相互交流，生成二氧化碳分子，这种变化是一种化学变化，所放出的能，就是化学能；而铀放热是原子核内发生了变化。在核反应中，铀原子核分裂成两个较小的原子核， 并释放出大量的核能，这也就是核能比化学能大得多的秘密所在。

目前，使原子核内蕴藏的巨大能量释放出来，主要有两种方法：一种是将较重的原子核打碎，使其分裂成两半，同时释放出大量的能量，这种核反应叫核裂变反应，所释放的能量叫做裂变核能。现在各国所建造的核电站， 就是采用这种核裂变反应的；用于军事上的原子弹爆炸，也是核裂变反应产生的结果。第二种方法是，把两种较轻的原子核聚合成一个较重的原子核， 同时释放出大量的能量，这种核反应叫核聚变反应，氢弹爆炸就属于这种核反应。不过它是在极短的一瞬间完成的，人们无法控制。近年来，受控核聚

变反应的研究已经使核能控制显露出希望的曙光。