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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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有人将一个原子比作一座大厦,而原子核的大小只有大厦中电梯按钮的大小。

原子核由质子和中子构成,它们统称为核子。

一个质子的质量是1.007277u(u是用来衡量原子的质量单位)

一个中子的质量是1.008665u

两者相加的质量是2.015942u,按理是这样的,但实际上,当一个质子和一个中子共同组合成氘核的时候,其质量只有2.013552u。亏损了0.00239u,根据爱因斯坦的质能方程,其转换的能量为2225000电子伏,这大约是一个碳原子和1个氧分子燃烧放出能量的54万倍。

夸克禁闭

很多人在了解以上这些事实后,会情不自禁地总结出这么一个规律,即,两个微观粒子,越小,结合能似乎就越大。比如水结冰是分子与分子间作用力导致的,而燃烧是原子与原子的作用,到聚变时又是核子之间的作用,于是有人禁不住猜想,质子和中子都是由夸克组成的,要是把不同味的夸克结合在一起,放出的能量岂不是比聚变来得更有效率?然而不幸的是,由于“夸克禁闭”,夸克不会单独存在,我们至今未能发现单独存在的夸克。

图5夸克禁闭动态示意图

当我们施加能量迫使两个夸克分开时,其施加的能量大到足以生成另一对夸克,因此,单独的夸克不能直接被观测到,或是被分离出来。

所以,到此为此吧,目前核聚变才是人类利用能源的最高级,同时也是最有效率的方式。

化石燃料就像地窖里的500年陈酿

图6 氢的两个同位素氘原子核和氚原子核高速碰撞而聚合

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