核能|前方核能:1g核反应物,能炖熟多少牛肉?
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(来源:搜狗百科)
莫慌 , 这次是真核能!
都21世纪了 , 就别再谈核色变啦;
不如 ,
【核能|前方核能:1g核反应物,能炖熟多少牛肉?】用核能来炖个牛肉呗 。
一部核能史 , 串出一部近代物理学史
NOIMAGINATION
核能(NuclearEnergy)又称原子能 , 是利用原子核发生变化释放的能量 。 核能是人类历史上的一项伟大的发现 。 纵观核能的发展史 , 我们可以看到整个近代物理学史 。
1895年 , 谨慎的德国物理学家伦琴(WilhelmRntgen , 1845-1923)凭着发现新事物的眼睛和不懈钻研的精神 , 发现了X射线 。
一张带着戒指的X光手片 , 打开了胸片、牙片、安检仪、探伤仪等等应用的大门 , 成为一把为我们的健康、安全以及生产生活的方方面面保驾护航的“光剑” 。
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(来源:百度图库)
1896年 , 出生于法国一个科学氛围浓厚家庭的贝克勒尔(AntoineHenriBecquerel , 1852-1908)也是由于一场意外而发现了铀的天然放射性 。
两年后 , 居里夫人在研究铀射线的存在时 , 在铜铀云母中又发现了一种比铀的放射性强百倍的元素--钋 。 几年之后 , 居里夫人又发现了另一种放射性元素--镭 。 因为发现天然放射性 , 贝克勒尔与居里夫妇共同获得了1903年度诺贝尔物理学奖 。
随着越来越多的放射性元素被发现 , 人们又开始思索:这些物质辐射出多少能量?能否与物质的质量联系起来呢?
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这个问题兜兜转转 , 来到了永远不可能避开的天才爱因斯坦(AlbertEinstein , 1879-1955)面前了 。 在“爱因斯坦奇迹年(1905年)的《奇迹年论文》”中 , 他把以辐射形式发射的能量和物质的静止质量联系起来 , 得到了著名的质能方程:
时间辗转 , 来到了1914年 。 在英国曼彻斯特大学工作的物理学家卢瑟福(ErnestRutherford , 1871-1937)通过α粒子轰击氮核 , 首次发现了质子 , 并测定了它的电荷与质量 。 这一历史性的事件 , 揭开了原子核结构神秘面纱的一角 。
前方核能预警
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相关研究在紧锣密鼓的进行着 , 直到1935年 , 英国物理学家查得威克发现了中子;1938年 , 德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核 , 发现了核裂变现象 。 似乎 , 原子能世界的大门 , 如大爆炸一般的打开了 。
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(来源:3g.xici.net)
目前 , 人类获取核能的方式主要有两种:重核裂变和轻核聚变 。 核反应释放能量的多少则遵循爱因斯坦的质能方程式 。
简单来讲 , 核裂变就是利用带有一定能量的中子轰击较重的原子核 , 本身就不怎么“踏实稳重”的重核就会分裂成两个或多个质量较小的原子核 , 同时还能放出中子和一定的能量 。
顾名思义 , 核聚变就是让两个比较轻且速度超高的原子核相撞然后发生聚合 , 变成一个较重原子核并放出能量的过程 。 你问这里为什么要用轻核?因为轻核“老实”啊 , 重核闲着时都可能“分裂”(衰变) , 还指望它们能合成一个更重的核吗?
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(裂变和聚变 , 来源:知乎)
核能就是那么一枝独秀 , 核能是少有的不依赖于太阳的能源来源 。 就拿最常见的氘氚二核的聚变举例 。 在地球上 , 海水中氘的含量为十万分之三 , 即1升海水中含有0.03克氘 , 所以海水里大约有40万亿吨的氘 。 虽然与氢、氘相比 , 氚在自然界中少得可怜 , 但可以采用中子轰击锂制备氚;当然 , 也贵的要死 。
这么来看 , 利用氘聚变产生的能量支撑人类活上几亿年都不成问题 。
什么?不信吗?质疑这些小小的原子 , 能产生多大的能量?
那我们一起开算吧 。
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(核聚变 , 来源:百度百科)
首先 , 先看核聚变 。 目前所用的氘核聚变 , 主要应用氘氚二核的聚变反应 , 如以下公式所示:
则一个氚核和一个氘核聚变 , 会生成一个氦核和一个中子 , 同时放出约17.58MeV的能量 。
一个氘核的质量约为2.014u , 一个氚核的质量约为3.018u , 1u约为1.66e-24g 。 那么1g氘核:氚核反应物中大约各有1.2e23个氘核及氚核 。 则对1g氚和氘 , 则能够释放出1.2e23·17.58MeV约为2.1e24MeV的能量 。
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