73在线免费阅读_有关八戒的那些事儿科学生活

在上节我们已经说了，在太阳里，氢原子是通过什么方式变成氦原子的。其实，通过什么方式只是个细节问题，关键的是本质:四个(不多不少)氢原子组合成一个氦原子。
我们说聚变，当然是来探讨，为什么聚变后会放出巨大的能量。原因当然很简单，科学家们经过精确地测量之后，发现:每个原子核的质量，总是小于组成它的单个核子的质量之和。(质子和中子统称为核子)。氦原子核由两个质子和两个中子组成，按理，在质量上应该是这样的:氦原子核=质子+质子+中子+中子
不过科学家告诉我们，这个等式是不成立的。不光是氦原子核，任何一个由两个以上核子组成的原子核都是这样的。天上有可能会掉陷阱，但绝不会掉馅饼，聚变放出的巨大能量正是以自身质量的减少换来的。即:氦原子核<质子+质子+中子+中子
另外，核物理学家们把单个核子组成原子核时放出的能叫结合能。其实，结合能是个很普遍的概念，如水蒸汽分子结合成水滴时要放出能量(这就是为什么100摄氏度的水蒸气相对于100摄氏度的水来说，水蒸气对人的烫伤要严重的多);水分子结合成冰或雪花时也要放出能量(这也是为什么下雪时不冷，而雪化时却很冷的原因，因为雪化时吸收热量，水结冰时要放出能量)。只不过，在这些过程中放出的能量使它们前后质量的变化非常微小，难于察觉。
还有，核子结合成不同的原子核时，单个核子平均下来，损失的质量也是不一样的。经研究发现，核子组成铁原子核时损失的平均质量是最大的，而损失的平均质量越大，其单个核子的平均结合能就越大。铁元素是第26号元素，26号以前和以后的元素的平均结合能是逐渐变小的。
我们可以打个比方来说明这个问题。假设，四个核子组成氦核后，损失的质量为8，那么单个核子平均下来就损失2;又假如235个核子组成铀原子核后损失的总质量为235，那么平均下来，单个核子就损失1。
从这里，我们就可以推出原子弹的原理。相对于“聚变”，原子弹的过程就是“裂变”，即第92号元素铀，其原子核裂变成其它两个较轻的原子核。
刚才我们也说了，从铁元素，也就是26号往后的元素，核子损失的平均质量越来越小。那么当铀原子核分裂成大致相等的两个新核后，这两个新核的原子序数基本上是在26和92之间，所以，在这两个新核中，单个核子损失的平均质量又变大了。这样的话，铀核分裂后，质量肯定会减少，减少的质量就用来放出那魔鬼般的能量。
刚才我们的解释有点僵硬，还是来打个比方较好一些。
为了便于想像，我们把每一个核子(质子和中子)都比作成一粒葡萄。现在，我们把235粒葡萄组成一大串诱人的葡萄，这时我们发现，这串大葡萄的总质量减少了，一共减少了235毫克，平均下来，每粒葡萄都比以前减少了一毫克。
八戒说，呵呵，幸亏这是比喻，要是真损失了235毫克质量的话，我们几个肯定会被炸成灰的。
我说，正确，这就是基于聚变原理的氢弹，威力那么巨大的原因。
好，我们接着往下说。现在摆在我们面前的，是一大串诱人的葡萄。这时，来了一小只大馋猫还有一只大饿鼠。它们说，非常想吃葡萄。我说没问题。
八戒说，可是你怎么把这大串葡萄分成两串小葡萄呢。
我说，我的功夫高着呢，你看好了，我只要用手中这一粒多余的葡萄(中子)向那串大葡萄砸一下，那么，那拥有235粒葡萄的大葡萄串就会分成大致相等的两串了。我一砸，果然不出所料，被我砸成了两串。
八戒说，你真牛。
我说，嘿，这算什么。如果你有兴趣的话，你把这两串小葡萄，还有地上散落的那两粒葡萄放在一起称一称，看一看。
八戒说，咦，我称了，这两串小葡萄，再加上地上散落的那两粒葡萄，其质量与原来的那串大葡萄相比，又减少了235毫克。也就是说，每粒葡萄在原来的基础上又减少了一毫克。
我说，这就对了。原子弹就是通过这种裂变的方式，质量减少，并释放出巨大能量的。
到此，我们已把原子弹的原理(裂变)，还有氢弹的原理(聚变)讲完了。然而，人类对它们的开发利用才刚刚开始。众所周知，一座20万千瓦的火电站，一天要烧掉3000吨煤，运送这些煤需要100辆火车。而发电能力完全相同的核电站，一天大约只需要一千克铀，这一千克铀只有三个火柴盒的体积。这就是为什么，世界各国，包括我们国家，积极兴建核电站的原因。现在，我们国家计划中的，或在建的核电站正在逐渐增加。我一个本科的同学，毕业时，核电站来要人，月薪开到10000元。这么高的工资，并不是说核电站的辐射大，安全没保障。实际上，若一个核电站连自身工作人员的安全都不能保障的话，那是不可能正常运营的。给你这么高的工资，是要你工作时认认真真，不要打马虎眼，因为这玩意儿是马虎不得的。
虽然核电站可以部分解决我们的能源问题，但是，其缺陷也不少。首先，核燃料如铀矿等，并不是取之不竭的。终有一天，这些为数不多的铀矿将会被我们用完。
其次，核电站发电后，会有大量的核废料，这些废料具有很高的放射性，对人的危害很大。现在的处理办法是，挖一个很深很深的坑，然后用铅桶把废料装起来，扔下去，再填土。这种处理方法是具有风险的，如果发生地震，导致地壳运动的话，那些核废料就会扩散。相对来说，这还是比较人道的做法。而有的国家，诸如美国，在早期是直接把装有核废料的集装箱倾入大洋。
核废料带给人类的危险是持久的。在美国的地下，就有50颗“原子弹”在活动，那是核废料积累起来的“原子弹”。美国的核研究家说，要清理国土上那些早期被核废料污染的核武器工厂及重要军事设施，至少要花费1300亿美元，在技术上的难度不亚于当年的阿波罗登月计划。
看来，基于裂变原理的核电站并不是十全十美的。但我们不用惋惜，如果有那么一天，我们能和平地，轻易地，安全地，低成本地利用“聚变”能。那我们这个世界将彻底的天翻地覆！
同等条件下，聚变放出的能量是裂变的4.14倍。另外，聚变的燃料与裂变的燃料相比，具有极其丰富和十分干净的先天优势。
聚变所需要的氘，大量地存在于地球上的海水中，如果全部提取，够我们用1000亿年，这个时间比太阳剩下的年龄还要长20倍。所以，我们只要能和平高效并低成本地利用聚变能，那就等于一劳永逸地解决了能源问题。人类的发展，将不可避免地跨上一个前所未有的高台阶。
梦想是美好的，而现实是残酷的。虽说聚变能源有百利而无一害，但是，要想实现它，又谈何容易。首先，聚变需要上千万到亿度的高温，在地球上怎样达到这个温度呢？经过科学家们半个多世纪的努力，这个温度用激光等方式可以实现了。然而，要想让聚变燃料发生聚变，我们就必须把这些燃料集中起来，并提高温度，它们才可能聚变。可是，我们用什么容器去装这些聚变燃料呢？用铁锅吗？显然不行，任何一种容器，在区区几万度的高温下，全都会变成气体或是等离子气体，更何况是在几千万度的超高温下。
看来这个问题是无法解决的了，不过，办法总是有的。科学家们想出了一个能把燃料集中起来却又不怕任何高温的办法，那就是磁场。我们可以用磁场把聚变燃料包起来，这叫磁约束。采用这种原理而建造的装置就是大名鼎鼎的“托卡马克装置”，人们形象地把它比作“磁瓶”，或者“磁笼”。
相对于磁约束,还有惯性约束的方式，即用高能激光打在氘氚小丸上,产生高温高压,使其聚变。目前，科学家们用激光已能使直径为一毫米左右的氘氚小丸发生小规模的聚变。但是，这需要极高的能量，而这种能量还处于入不敷出的间段。就是说，聚变产生的能量还没有为使它聚变而付出的能量多。
总之，和平利用聚变能存在太多太多的困难。但是，我们完全可以相信，和平地，大规模地廉价利用聚变能终将会实现，虽然不是现在。
曾经，我们以为，人类怎么可能会像鸟儿一样在天空自由飞翔呢？但我们现在比鸟儿飞的更高，更远，更快，更灵活;曾经我们以为，人类怎么可能登上月球呢？但现在我们登上了，并准备在上面建基地呢。
想一想，若我们有一天能大规模地廉价地利用聚变能，那我们的世界将会发生怎样的改变？首先，石油价格会大跌(如果那时还有石油的话)，更不会出现为了石油而去发动一场要牺牲好几十万人的战争。
其次，煤碳将完成它的使命，不再为我们提供能源。什么火电站，和现在的核电站统统都将消失。由于不使用石油煤碳作燃料，我们的环境将会越来越好。
另外，这是最重要的，我们使用的能源将会大大地便宜。现在我们是几毛钱一度电，到那时，可能就是几分钱一度电，甚至有可能作为一种福利，用电是完全免费的。你再不会因为忘记关灯而被你父母责怪;你再不会因为天天24小时开着电脑而被家长说成是败家子;再不会为了省钱，而不敢在炎热的夏天多开会儿空调;再不会……
如果我们的汽车，我们的飞机，我们的轮船都是用聚变作动力，那它们将像现在的核潜艇，核动力航母一样，好几年都不用加燃料。那样的话，我们的旅行将会如此快捷，如此便宜，出远门旅游就像现在出门逛街一样……
而实现以上美好想像的前提是，大规模地，方便高效地利用聚变能。这需要一代代的科学家不懈地努力，再努力。无论你承认与否，科学家们已经使，正在使，将来也会使我们的生活越来越美好，越来越舒坦。虽然，在这个如此喧哗的社会，我们那么轻易地就被迷惑了双眼……但是，那些为科学而沉默工作的人，更值得我们去关注，去理解，去尊重，去支持……

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