威力无比的核变
一、神奇的核燃料
现在我们所说的燃烧，一般都是发生在有机物分子原子水平上的氧化反应。这一层次上燃烧温度大都只有几百到1000℃。时代在前进，生产在发展，人类要从燃烧反应中获得更多的能量，就需要寻找潜能更大的新的“燃烧反应”。
1896－1898年，居里夫妇先后发现了铀、钋和镭等具有放射性的化学元素。
1937年，科学家们通过理论计算和实验证实，一个铀原子核分裂时，可以放出200兆电子伏特的能量，同时还能放出1～3个中子，而这些中子又可以引起其他铀原子核发生裂变，这样周而复始地使核反应以链锁形式愈演愈烈地进行下去，从而释放出惊人的能量。
当时，一直关注核反应的匈牙利血统的美国物理学家西拉德，极有远见的预见到将来可能发生震动世界的大事件，他同另外两个匈牙利血统的科学家威格纳和特勒，于1939年夏天说服了杰出的物理学家爱因斯坦，请他写信给美国总统罗斯福，建议迅速利用铀裂变的威力，抢在法西斯德国之前制造出原子弹。1941年12月4日，罗斯福接受了爱因斯坦的建议，批准制造原子弹，首选地点在芝加哥大学足球场下面，代号是“曼哈顿工程”。
要制造出原子弹，就必须攻克许多技术难关，如反应堆中的核燃料——天然铀的提取、浓缩和分离（当时叫“堆”是采用电报业务的代名，目的是为了绝对保密）。天然铀中有铀238和铀235。前者十分贪婪，专“吃”中子而并不发生裂变，而且在数量上又比后者多140倍。所以，由这两种同位素构成的天然铀是不会自发地发生裂变反应的。这样，要把能吸收中子并进行裂变反应的铀235从天然铀中分离出来，简直比从沙里淘金还要难。在解决这个问题的过程中，化学起了十分重要作用，化学家们把它们都变成六氟化铀，让它们在近乎真空的管式容器里依次通过成千上万个“过滤壁”。由于它们“体重”（原子质量）有所差别，经过这一场“马拉松”赛跑之后，体态比较轻盈的铀235率先到达终点，从而就可获得核燃料。当时，曼哈顿工程建造了三座分离铀235的气体扩散厂，总共花费30多亿美元，每年耗电100万千瓦，相当于那时全纽约的用电量。再如重水，它是控制铀235裂变速度的减速剂，没有它，反应堆就不能安全运转。一个中等规模的反应堆，一次需投入200吨重水，以后还要不断地补充。在大自然中，氘与氢之比为1∶6000，在1吨水中只含有140克重水。1933年，挪威利用本国廉价的水电资源，建造了用电解法生产的世界上第一座重水工厂，年产量才几千克，耗电惊人，每生产1千克重水要消耗13万度电。1939年，德国法西斯占领挪威后，为了制造原子弹，曾经维修和扩建该厂，但很快就被盟国特工人员破坏。在曼哈顿工程中，美国化学家成功地用普通水通过蒸馏方法获得了重水。
美国经过4年的努力，调集了15万科技人员，前后总共投资20亿美元，终于在1945年制造成功第一批原子弹（共有3颗）。
1945年7月16日5时30分，美国第一颗原子弹在新墨西哥州的阿拉莫高沙漠成功地爆炸了。观看的人在离爆炸中心10千米之外，身上都涂上一层凡士林以防热灼伤，大批车辆在等候，一旦发生意外便立即火速撤离观看现场。
二、核能的利用和开发
1955年，前苏联在莫斯科西南的奥布宁斯克建成了世界上第一座原子能发电站。到目前为止，全世界已有30多个国家拥有核电站，建成的和正在兴建的核电站有570多座。
古希腊神话中说，地球上的火是勇敢的普罗米修斯从天上偷下来的。1938年，德国出生的美国物理学家贝脱最先发现了“天火”——太阳的奥秘，这就是热核聚变；氘核和氚核互相聚合变成拨氦核时，放出比铀裂变时高得多的能量。美国模拟太阳的热核聚变原理，于1954年3月1日在太平洋上的马绍尔群岛成功地爆炸了世界上第一颗氢弹。
也许有人会这样想，如果热核聚变能够像铀核裂变反应那样能够进行控制，那么人类用电就根本不用发愁了，事实证明这种设想是正确的。从20世纪50年代起，科学家们就在潜心研究这个问题，题目叫作“受控热核反应”。现在，在英国大学城牛津附近的卡勒姆，坐落着目前世界上最大也是最先进的受控热核反应的托卡马克装置——“杰特”。它是西欧12个国家共同进行的大型研究工程。实现热核聚变的必须条件有三个：一是温度需达到109℃；二是参加反应的带电离子密度需达到2×1020千克/米3以上；三是维持高温的时间需在1．5秒以上。在这样的条件下，氘和氚才能自动地进行聚变反应。科学家们采用一个巨大的环形真空反应器，形似西方人吃的饼圈，“杰特”便由此得名。目前，“杰特”所达到的水平是：温度4×107℃；密度0．36×1020千克/米3；维持时间0．8秒。专家们预计，如果进展顺利的话，可望在2030年开始“点火”。
地球上的氘是很多的，1吨海水中含有30克氘。地球上的海水有1．37×1018吨，其中含氘约30万亿吨，顶得上3万亿亿吨优质煤。若干年以后，人类如果受控热核反应，真能把“太阳”拿在手上，即使世界能耗比现在高100倍，地球上的氘也足够人类享用几亿年！
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