高中物理:揭示重核裂变与核聚变的秘密
一、重核裂变:核能的源泉
当核子遭遇命运的逆转,重核裂变以一种壮观的方式释放能量。核裂变,就是指大质量原子核在中子的撞击下,分裂成更小的核,并释放出惊人的能量。以铀为例:
铀核裂变的典型过程,如235/92U吸收1/0n后,会分裂为144/56Ba + 89/36Kr + 31/0n 或136/54Xe + 90/36Sr + 101/0n,每一步都伴随着能量的释放。
链式反应,是裂变能量的接力赛。中子引发的裂变接力,形成一个不断扩展的能量波,只要体积超过临界值或质量达到临界质量,裂变就能持续下去。
裂变能量巨大,以200 MeV估算,1kg铀裂变的能量足以抵得上2800吨优质煤燃烧的化学能,这便是核电站的核心所在。
在核电站内部,如精密的舞台,每一部分都至关重要:
核燃料,浓缩铀的高效利用,是核反应的引擎;
中子减速剂,石墨、重水或水,它们的加入让反应更为可控;
控制棒,镉的加入,如同指挥棒,调节反应的速率;
保护层,厚重的水泥壁,为内部反应提供安全屏障;
热交换器,是能量传输的桥梁,将核能转化为实用能源。
二、核聚变:恒星的秘密配方
与裂变不同,核聚变则是轻核的融合,如同太阳的内核燃烧。它的关键过程是两个氘核(2/1H)结合成氦核(4/2He),释放出的能量是裂变的数倍:
聚变需要高温环境,当原子核以百万开尔文的炽热碰撞,核力得以显现,轻核才可能融合。
聚变的高效性、燃料丰富和清洁性,使其成为未来能源的理想选择,科学家正探索磁约束和惯性约束两种技术,以实现可控聚变。
我国的氢弹之父于敏,以其卓越贡献,为人类掌握聚变技术打开了一扇新门。
核裂变与核聚变,是自然界赋予的两种神奇力量,它们的掌握与利用,正引领着人类向未来的能源革命迈进。