核能俗称原子能,它是原子核里的核子——中子或质子,重新分配和组合时释放出来的能量。核能分为两类:一类叫裂变能,一类叫聚变能。而地球上所有的能源都是直接或者间接来自于核能。我们知道,自然界中物质都是由原子组成的。原子是由位于中心位置带正电荷的原子核和围绕原子核旋转带负电的电子构成的。而原子核又由质子和中子组成的。质子和中子是由被称为“夸克”的更小粒子组成的,夸克又是由更小的粒子组成的,夸克的结构目前正在探索中。迄今人们已发现了物质五个层次结构(分子——原子——原子核——核子——夸克)和310多种基本粒子。 在原子核中,中子不带电,质子带正电,同性要相斥,把质子和中子紧箍在一个非常小的空间(原子核直径约为10-13厘米)存在着一股巨大的力,科学家称它为核力,核力比电磁力要大130倍。核力与电磁力、万有引力都不同,它只在原子核直径的很小范围内起作用。当质子和中子重新组成新原子核时,核力的强大作用使核子间排列得更紧密,会出现质量减少和放出能量的情况,这种释放出的能量,科学家称之为原子核结合能。 核能有巨大威力 1公斤铀原子核全部裂变释放出来的能量,约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。一座100万千瓦的核电站,每年只需25吨至30吨低浓度铀核燃料,运送这些核燃料只需10辆卡车;而相同功率的煤电站,每年则需要300多万吨原煤,运输这些煤炭,要1000列火车。核聚变反应释放的能量则更巨大。据测算1公斤煤只能使一列火车开动8米;一公斤裂变原料可使一列火车开动4万公里;而1公斤聚变原料可以使一列火车行驶40万公里,相当于地球到月球的距离。 地球上蕴藏着数量可观的铀、钍等裂变资源,如果把它们的裂变能充分利用,可以满足人类上千年的能源需求。在大海里,还蕴藏着不少于20万亿吨核聚变资源——氢的同位元素氘,如果可控核聚变在21世纪前期变为现实,这些氘的聚变能将可顶几万亿亿吨煤,能满足人类百亿年的能源需求。更可贵的是核聚变反应中几乎不存在放射性污染。聚变能称得上是未来的理想能源。因此,人类已把解决资源问题的希望,寄托在核能这个能源世界未来的巨人身上了。 请爱因斯坦来做解释 大科学家爱因斯坦提出的相对论指出,质量和能量可以相互转化,质量消失,会产生能量。原子核质量亏损所释放出的结合能,可以由爱因斯坦提出的质量能量关系式计算出来。 E=mc^2式中,E——释放能量(单位,焦耳);m——亏损质量(单位,克) c——光速(单位,3×1010厘米/秒)。 按这个公式,一个铀-235核受一个中子轰击,分裂成两块碎片X1和X2(如:X1为93Nb,X2为140Ce),并放出2~3个中子(平均2.5个),释放出约200兆电子伏能量(200MeV)。极小的质量转化成极大的能量。 铀-235+中子→X1+X2+3个中子+200MeV 中国核电发展现况 我国能源发展面临供需总量平衡问题、能源结构、环境生态问题、能源输运问题以及对国外资源依存的能源供应安全问题。在全部一次能源中,核电仅占0.8%;此外,在世界核电占总发电量比例中,中国核电比例最小,仅为2%左右,法国最高,约为74%(2010年数据),因此有很大的发展空间。 |
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