核能的产生

1.3.1　核能的产生

原子由带正电荷的原子核和核外带负电荷的电子组成。普通化学反应的热效应来源于外层电子重排时键能的变化，原子核及内层电子并没有变化；而核反应的热效应来源于原子核的变化。原子核由质子和中子（统称核子）组成。原子核内的质子—质子、质子—中子、中子—中子之间存在着一种短程的具有很强吸引性质的作用力，统称核力。由于核力的存在，带正电荷的质子不会因静电斥力而飞散，核力把核子凝聚成原子核。核力具有短程、与电荷无关、饱和性等特点。核粒子可以相互作用，使原子核内部发生变化，释放出蕴藏在原子核内的巨大能量。

在知道原子能以前，人们只知道世界上有机械能、化学能、电能等。这些能量的释放都不会改变物质的质量，只会改变能量的形式。爱因斯坦在发现质能关系以后指出，质量也可以转变为能量，而且这种转变的能量非常巨大。例如，核燃料在反应堆中“燃烧”时产生的能量远大于化石燃料：铀核裂变释放的原子能约为200MeV，一个氘核和一个氚核释放出的核聚变能为17.6MeV；而一个碳原子燃烧生成一个二氧化碳分子释放出的化学能仅为4.1eV。以相同质量的反应物的释能大小作比较，核裂变能和核聚变能分别是化学能的250万倍和1000万倍，1千克U-235相当于2500吨煤，1千克氘相当于1万吨煤。

原子能是怎样产生的呢？科学家们发现，铀核裂变以后产生碎片，所有这些碎片质量加起来少于裂变以前的铀核，少量的质量转变成了原子能。物质和能量原来是同一事物的两种不同表现形式，它们之间可以相互转换，而相互转换的关系就是著名的物质—能量转换方程：

　　E＝mc²

式中：E为能量；

　m为质量；

　c为光速。

因此，质量转变为能量后会是非常巨大的数量。爱因斯坦的这个质能关系正确地解释了原子能的来源，奠定了原子能理论的基础。