Question

什么是「原子能」?(难度:16)

Answer 1

核能(或称原子能)是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc²，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放： - 核裂变，打开原子核的结合力。- 核裂变，又称核分裂是指由重的原子，主要是指铀或钚，分裂成较轻的原子的一种核反应形式。原子弹以及裂变核电站（或是核能发电厂）的能量来源都是核裂变。 其中铀裂变在核电厂最常见，加热后铀原子放出2到4个中子，中子再去撞击其它原子，从而形成「链式反应」'而自发裂变。撞击时除放出中子还会放出热，再加快撞击，但如果温度太高，反应炉会熔掉，而演变成反应炉融毁而造成严重灾害，因此通常会放控制棒（硼制成）去吸中子以降低分裂速度。 核聚变，原子的粒子熔合在一起。 核聚变，又称核融合。是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。 相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。 目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。 核衰变，自然的慢得多的裂变形式。 核衰变是放射性核素自发地释放射线和能量，最终转化为其他稳定核素的过程。放射性核素在进行核衰变的时候，根据核素的性质可能放射出α射线、 β射线、γ射线以及俘获电子等。 由于一个原子的衰变是自然地发生，即不能预知何时会发生，因此会以机会率来表示。每颗原子衰变的机率大致相同，做实验的时候，会使用千千万万的原子。当原子开始发生衰变，其数量会越来越少，衰变的速度也会因而减慢。例如一种原子的半衰期为一小时，一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分一，两小时后会是四分一，三小时后会是八分一。 原子的衰变会产生出另一种元素，并会放出阿尔法、贝塔粒子或中微子，在发生衰变后，该原子也会释出伽马射线。衰变后的实物粒子静止质量的总合少于衰变前实物粒子静止质量的总和，因为根据质能方程，能量可以表现出质量，当物体的能量增加E，其质量则增加E/c2，当物体的能量减少E，其质量也减少E/c2，如果一个原子核衰变后放出实物粒子，假设该原子核在衰变前相对于某一贯性参照物静止，衰变后的新原子核和所放出的实物粒子相对于该惯性参照物运动，即对于该惯性参照物而言，新原子核和所放出的实物粒子具有动能，当新原子核或所放出的实物粒子与其他粒子发生碰撞，它便会失去能量。因此，衰变前和衰变后质量和能量都是守恒的，粒子的静止质量则不守恒。如果该原子核放出光子，同样的，光子也具有质量，但没有静止质量。通常衰变所产生的产物多也是带放射性，因此会有一连串的衰变过程，直至该原子衰变至一稳定的同位素。 发生核衰变的放射性核素有的是在自然界中出现的天然放射性同位素，如碳14，但其衰变只会经过一次β衰变转为氮14原子，并不会一连串地发生。也有很多是经过粒子对撞等方法人工制造的核素。