動力的源泉:能源科技 第三節(1)(1 / 1)

什麼是核能

物質是由分子構成的,分子是由原子構成的,原子是由原子核和電子構成的,原子核是由質子和中子構成的。這是人類研究物質的微觀結構過程中得出的結論。現代科學技術的發展,使得人們可以更深入的對質子和中子進行觀察,研究結果表明質子和中子是由更小的誇克組成的。

物質是可以變化的。有些變化發生後,物質的分子形式沒有發生改變,這類變化我們稱之為物理變化,如水在一定的溫度條件下由液體變化為固體或氣體。還有些變化在變化過程中分子結構發生了變化,而構成分子的原子沒有變化,這類變化我們稱之為化學變化。如氫氣在空氣中燃燒,會與空氣中的氧結合成水,組成水的氫、氧原子並未發生變化。

幾千年來,人們都在探索物質到底是由什麼構成的,近代科學的研究回答了這個問題,即物質都是由元素構成的。構成元素的最小單位是原子,原子的體積非常小,其直徑大約1×10-8cm。在原子中原子核所占據的空間更小,隻有1×10-13cm的極小空間。如果把原子比作一個房間,原子核隻不過是房間中的一粒塵土。相反原子核的密度卻是非常之大,約為2×1017kg/m3,它是kg/cm3密度單位的2000億倍。人們迄今發現的元素中,大多數元素是穩定的。

原子核中質子數量相同的原子具有相近的化學性質,質子數相同而中子數不同的元素我們稱之為同位素。同位素雖然也具有相近的化學性質,但有些性質卻截然不同,某些同位素帶有強烈的放射性。

1896年,法國科學家貝可勒爾發現鈾元素可自動放射出穿透力極強的放射線。在此之後,居裏夫人、盧瑟福等科學家又發現,處於高強度磁場中的鐳、鏷、釷、鈈等元素,可以放射出波長不同的α、β、γ三種射線。這些可以放射出射線的元素被稱之為放射性同位素。放射性元素在釋放射線後,會變成另一種元素。

在某些放射性同位素中,原子核是不穩定的,當外來的中子進入原子核時,其攜帶的能量可以激發原子核發生結構變化,原子核的變化釋放了大量的能量,這種能量被稱之為原子能。因為這種能量產生於原子核的變化過程,原子能又被稱之為核能。

與機械能、電能、化學能不同,核能釋放後物質的質量發生了變化,質量轉變為能量。核裂變能要比同等質量的物質參加化學反應時所釋放的能量大幾百萬倍以上。

核能發展史

人類對物質微觀結構的認識,最早可以追溯到2000多年前。當時,古希臘思想家德漠克利特曾說過:“宇宙萬物……都是由稱作原子的微粒組成的”。19世紀初,英國化學家約翰?道爾頓提出了近代原子概念:同一元素的原子相同,不同元素的原子不同。一種元素與其他元素的不同之處在於它們的原子質量不同。道爾頓第一次提出了原子量的概念。

18世紀初到20世紀初,人類對原子結構的研究產生了重大飛躍。1891年,愛爾蘭物理學家斯托尼首次提出了電子的概念。1914年,英國物理學家盧瑟福發現了質子,1920年盧瑟福提出了有名的“中子假說”,1932年英國物理學家詹姆斯?查德威克發現了中子,至此原子結構的大致輪廓基本清楚了。

從1891年電子概念的提出到1932年中子的發現,科學界經曆了40多年的時間去認識原子結構。與此同時,科學家對原子內部的變化有了逐步認識。德國物理學家威廉?康拉德?倫琴經過大量實驗,證實了X射線的存在,並於1895年撰文詳細論述了X射線產生的方法及射線的穿透性。在X射線研究基礎上,法國物理學家亨利?貝克勒爾發現了鈾可以產生類似X射線的新的射線,結論是鈾具有放射性。鈾具有放射性的現象引起了法國物理學家皮埃爾?居裏夫婦的關注,通過大量實驗,他們證實了除鈾之外,釷、釙、鐳等元素同樣具有放射性,並將這類元素歸類為放射性元素。