核電站與燒火做飯有哪些相似之處？

知識 09-25

核電站與燒火做飯有哪些相似之處？

習大大訪英期間，我國斥資約588億元拿下英國核電大單，最讓國人驕傲的是，我國自主研發的「華龍一號」壓水堆核電技術將用於英國布拉德韋爾核電站項目，這是我國核電技術第一次出口到老牌發達國家，很多網友高興的同時，更希望對諸如「壓水堆」、「重水堆」、「快中子增殖堆」以及核電的原理有更進一步通俗易懂地了解。鑒於此，咱們今天就來一起愉快地聊聊核電。

你身邊的質能等價

核電站與燒火做飯有哪些相似之處？

核電站常給人一種既神秘又高大上的感覺，但其實，其發電的原理跟我們日常生活中見到的現象，比如燒火做飯等等，本質上是相似的。

例如，空氣中的水蒸氣凝結成水時會放出熱量，而水結冰時也要放出能量，這個能量從廣義上來說叫做「結合能」，判斷會不會放出結合能的方法之一是，根據逆反應進行推斷，比如，把水變成蒸氣需要加熱，把冰融化成水也需要加熱。反過來就可以推出，水蒸氣液化成水，水凝固成冰，當然要放出能量了。

核電站與燒火做飯有哪些相似之處？

以上反應發生在分子與分子之間，在更小的原子世界也如此，比如一個質子和一個電子共同結合成一個氫原子時要放出13.6電子伏的能量，而當兩個氫原子不期而遇，結合成氫氣分子時，也要放出4電子伏的能量；還有，當一個碳原子和兩個氧原子結合，也會產生「火花」（碳的燃燒現象），它們生成一個二氧化碳分子，並放出4.1電子伏的能量。

核電站與燒火做飯有哪些相似之處？

可見，微觀粒子結合在一起時都會放出能量，它叫做結合能。那麼結合能的能量是從哪兒來呢？根據愛因斯坦的質能方程，我們知道，能量的產生必然伴隨著質量的虧損。

華裔美籍物理學家徐一鴻（Anthony Zee）在他的著作中這樣說：事實上，在燒一截木頭時，如果我們仔細地稱量了木塊、灰燼、炭碴和閃著火焰的熱氣的質量，就會發現，有一小部分質量消失了，它們被轉變成能量了。

只是，諸如像氧氣和碳結合成二氧化碳這種燃料現象，質量虧損極少，難以計量，所以在化學反應中，我們通常不說結合能，而說化學能。

即使如此，我們也要站在一個更高的角度來認識質量和能量的關係，正如英國物理學家，亞利桑那州立大學教授保羅·戴維斯在他的書中所言的觀點：質量就是鎖閉起來的能量，而能量就是釋放了的質量。

如此說來，咱們可是一直在使用結合能呢，比如北方的冬天，為防止地窖中儲藏的食物被凍壞，一個辦法是在地窖里放一大桶水，這一桶水在逐漸變成冰塊的過程中放出熱量，從而防止溫度過低。還有，所有的燒火做飯也都是在釋放結合能，且這種能量比前者要大得多。

打開原子之門

既然大到分子之間、原子之間的結合都能放出能量，那麼小到原子核的內部——原子核之間的結合更能放出能量了，且這種能量更為巨大。

等等！我讀書少，你可不要騙我，咱們現在討論的是核電，而核電採用的鈾原子分裂從而產生能量的，但你現在說的卻是因「結合」而產生的能量，這不是相反的嗎？

別急，雖然人類先有原子彈，才有氫彈，先有核電站，才有……其實到現在也沒有聚變電站。在無數人的眼中，不管怎樣，聚變看上去都要比裂變高貴得多，然而，在原理上，聚變反而更簡單一些，而裂變卻稍微要繞一點兒，雖然它們的本質原理都相同。因此，雖然咱們說的是核電，到不如先從聚變一步步推出裂變為好。

原子核和電子共同組成了原子，在原子中，99.9%的質量是由原子核貢獻的。也許是巧合，在咱們的太陽系中，太陽的質量佔到太陽系的99.86%，這麼來看的話，地球、火星等行星的質量在太陽系中是多麼的微不足道。雖然原子核佔據了原子幾乎所有的質量，但它的體積卻只佔原子體積的幾千億分之一。

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原子核由質子和中子構成，它們統稱為核子。

一個質子的質量是1.007277u（u是用來衡量原子的質量單位）

一個中子的質量是1.008665u

兩者相加的質量是2.015942u，按理是這樣的，但實際上，當一個質子和一個中子共同組合成氘核的時候，其質量只有2.013552u。虧損了0.00239u，根據愛因斯坦的質能方程，其轉換的能量為2225000電子伏，這大約是一個碳原子和1個氧分子燃燒放出能量的54萬倍。

夸克禁閉

很多人在了解以上這些事實後，會情不自禁地總結出這麼一個規律，即，兩個微觀粒子，越小，結合能似乎就越大。比如水結冰是分子與分子間作用力導致的，而燃燒是原子與原子的作用，到聚變時又是核子之間的作用，於是有人禁不住猜想，質子和中子都是由夸克組成的，要是把不同味的夸克結合在一起，放出的能量豈不是比聚變來得更有效率？然而不幸的是，由於「夸克禁閉」，夸克不會單獨存在，我們至今未能發現單獨存在的夸克。

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