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“烧火做饭”与核电站 从结合能看殊途同归

2015-12-16 09:28来源:科普中国作者:寒木钓萌关键词:华龙一号压水堆核电技术快中子增殖堆收藏点赞

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可见,微观粒子结合在一起时都会放出能量,它叫做结合能。那么结合能的能量是从哪儿来呢?根据爱因斯坦的质能方程,我们知道,能量的产生必然伴随着质量的亏损。

华裔美籍物理学家徐一鸿(Anthony Zee)在他的著作中这样说:事实上,在烧一截木头时,如果我们仔细地称量了木块、灰烬、炭碴和闪着火焰的热气的质量,就会发现,有一小部分质量消失了,它们被转变成能量了。

只是,诸如像氧气和碳结合成二氧化碳这种燃料现象,质量亏损极少,难以计量,所以在化学反应中,我们通常不说结合能,而说化学能。

即使如此,我们也要站在一个更高的角度来认识质量和能量的关系,正如英国物理学家,亚利桑那州立大学教授保罗˙戴维斯在他的书中所言的观点:质量就是锁闭起来的能量,而能量就是释放了的质量。

如此说来,咱们可是一直在使用结合能呢,比如北方的冬天,为防止地窖中储藏的食物被冻坏,一个办法是在地窖里放一大桶水,这一桶水在逐渐变成冰块的过程中放出热量,从而防止温度过低。还有,所有的烧火做饭也都是在释放结合能,且这种能量比前者要大得多。

打开原子之门

既然大到分子之间、原子之间的结合都能放出能量,那么小到原子核的内部——原子核之间的结合更能放出能量了,且这种能量更为巨大。

等等!我读书少,你可不要骗我,咱们现在讨论的是核电,而核电采用的铀原子分裂从而产生能量的,但你现在说的却是因“结合”而产生的能量,这不是相反的吗?

别急,虽然人类先有原子弹,才有氢弹,先有核电站,才有……其实到现在也没有聚变电站。在无数人的眼中,不管怎样,聚变看上去都要比裂变高贵得多,然而,在原理上,聚变反而更简单一些,而裂变却稍微要绕一点儿,虽然它们的本质原理都相同。因此,虽然咱们说的是核电,到不如先从聚变一步步推出裂变为好。

原子核和电子共同组成了原子,在原子中,99.9%的质量是由原子核贡献的。也许是巧合,在咱们的太阳系中,太阳的质量占到太阳系的99.86%,这么来看的话,地球、火星等行星的质量在太阳系中是多么的微不足道。虽然原子核占据了原子几乎所有的质量,但它的体积却只占原子体积的几千亿分之一。

图4 原子、原子和与大厦、大厦内电梯按钮的类比

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