打开“潘多拉盒”的核能

原子核裂变的意义，关键是在中子打破重核的过程中，同时释放出巨大的能量。“铀核裂变”这一重大发现，使原子能应用变为现实，为人类开辟了新能源。从此，世界进入了原子能时代。

世界上的物质都是由原子构成的，原子由原子核和围绕核旋转的电子组成，原子本身已经很小，而原子核的直径仅仅是原子直径的十万分之一。可是，这么微小的原子核却集中了几乎整个原子的质量。原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的，质子和中子统称为核子。由于质子带一个单位的正电荷，中子不带电，而质子和中子的质量又几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数等于它的质子数，原子核的质量数则等于质子数和中子数之和。具有相同质子数的原子，它们原子核外的电子数也相等，因而它们有着相同的化学性质，属于同一种元素，对于中子数不一样的同种元素，则称为同位素。

原子核的半径非常小，在这样小的原子核内，却拥挤着许多带正电的质子，它们之间必然要产生很大的相互排斥的静电力。但是，通常的原子核却是很稳定的，原子核内的质子和中子能“相聚一处”。这是因为除了质子间的相互排斥的静电力外，核内各粒子之间还存在着强大的吸引力，这种吸引力，通常叫做核力。

在实验中，人们发现原子核内的质子和质子之间、中子和中子之间、质子和中子之间都存在着很强的核力。然而，核力只在很短的距离（大约2×10—15米）内起作用，超过了这个距离，核力就迅速降低到零。由于质子和中子的半径大约只有0.8×10—15米，所以质子或中子只跟它相邻的质子或中子起作用。

如果在某种条件下，原子核内的质子和中子发生了变化，那么它们之间的核力也会相应地发生改变，并把一部分能量释放出来。这种由核子结合成原子核释放出的能量或者由原子核分解为核子时吸收的能量，称为原子核的结合能或原子核能，也就是通常所说的核能。

核能有三种：一种叫核裂变能，就像哈恩发现的铀核裂变，由一个铀核裂变成两个较小质量的核产生的能量。一种叫核聚变能，就像在太阳中由氢的同位素氘和氚的原子核发生的聚合反应产生的能量。还有一种叫核衰变能，就是由原子核自发射出某种粒子而变为另一种核产生的能量。无论是裂变、聚变还是衰变，都会发生质量亏损，根据爱因斯坦著名的“质能关系式”：E=mc2，这些丢失的质量会释放出与其相当的能量（核能）。这能量十分巨大，单个原子可以释放出的能量大约为2亿电子伏。早在1898年12月，居里夫人在发现镭的同时，就发现了镭在衰变时伴随着能量的释放。1克镭衰变后，释放出的热能足以融化42吨冰块。核裂变释放的能量相当于燃烧释放的化学反应能量的几百万倍。1千克铀235全部核裂变将产生20兆千瓦时的能量（足以让20 000千瓦的发电站运转1 000小时），与燃烧2 500吨标准煤释放的能量不相上下。

那么，怎样才能使蕴藏在核内的能量释放出来呢？费米在得到核裂变的消息后，当即提出了链式反应的概念。费米用了一个非常生动的比喻来解释链式反应。他说：“一场原子链式反应可以比作一堆垃圾由于自燃而引起的燃烧。在这样的一场火中，垃圾堆有几个小部分开始燃烧起来，并依次点燃其他小碎片。当有足够多的这种小部分被加热到燃点时，整个堆便突然腾起火焰。”费米预言一个重核裂变成两个轻核时，一定会出现多余的中子。约里奥·居里夫妇率先证实了链式反应的可能性。他们发现，在铀核裂变时，平均会放出2.5个中子，这多余的中子又会引起更多的铀核发生裂变，使核裂变持续不断地发生下去，并释放出更多的能量。这个过程称之为“链式反应”。只要链式反应一开始，无比巨大的能量就会在极短的时间内爆发出来。核物理学家一直梦寐以求的核能应用的可能性出现了。