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怎样引发核裂变的中子“炮弹”?

发布时间:2019-09-11 19:19 来源:未知 编辑:admin

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  自从贝克勒尔发现了放射性现象,居里夫妇提炼出具有放射性的新元素镭和钋,卢瑟福的原子行星模型诞生后,科学界便把目光集中到了原子核的结构上。

  1930年,贝克勒尔和德国物理学家玻特,用放射性元素钋发出的α粒子轰击铍片时,发现从铍片里产生一种穿透力非常强的射线,两年后,居里夫人的女儿和女婿用这种射线的粒子轰击石蜡时,竟然打出能量很高的质子来。不过,这一现象未能引起他们的深刻注意,他们从经验出发,误认为这种“铍射线”是一种能量极高的γ射线,因而错过了一次重大发现的良机。

  卢瑟福的学生,英国科学家查德威克捕捉了这一良机,对这种现象做了进一步的研究。他发现,这种射线的粒子的质量和质子非常接近,是一种不带电的中性粒子,于是命名为“中子”。中子就这样被一位年轻的学者发现了。它使人们确认了原子核是由质子和中子构成的,对原子结构的探索又深入了一步。

  中子被发现以后,科学家们就利用它去轰击各种元素的原子核,来研究原子核破裂时的反应。但命中率太低,多少次实验毫无结果,以致被誉为“原子物理之父”的卢瑟福失去信心地断言:人类任何时候也休想利用原子能!

  1934年春,意大利物理学家费米用中子去轰击铀原子核,发现铀被强烈地激活了,并产生出许多种元素。由于当时缺乏有效的手段,所以难以对这些元素进行精确的分离和分析。4年后,德国化学家哈恩和奥地利的迈特纳,用化学方法分离和检验核反应的产物,初步确认,铀核在中子的轰击下,分裂成大致相等的两半,而且计算出一个铀核裂变时会释放2亿电子伏特的能量!

  与此同时,居里夫人的女儿和费米等人,在各自的实验中,几乎同时得到了肯定的答案。他们发现,核裂变时除去产生两个裂变原子核并释放出能量外,还会产生出两三个新的中子,新产生的中子又去轰击铀核,还会产生出更多的“中子炮弹”来。于是就会发生一连串的反应。这种按几何级数陡然增加的中子,可以使铀核在极短的时间内全部分裂,同时放出巨大的能量。如果制成炸药,1公斤铀核裂变放出的能量,相当于2万吨的爆炸力!

  这种“链式反应”的发现,为人类利用核能打开了迷宫的大门,使人类找到了巨大的能源。

  那么,原子核里为什么能有如此巨大的能量呢?科学家们认为,直径仅为原子直径十万分之一的原子核里,拥挤着许多带正电的质子和不带电的中子,它们能排除互相排斥的静电力而共聚一堂,必然还存在着强大的吸引力,科学家称这种吸引力为核力。一旦原子核发生裂变,核力就会被释放出来。但是核力究竟有多大?这个问题由著名科学家爱因斯坦提出的质量和能量的关系式后给出了较圆满的答案。

  关系式中,E是能量,m是质量,c是光速。按照这个公式,任何一克物质都具有相当于2500万千瓦·小时的电能。原子中原子核的质量稍稍小于它所含的质子和中子的质量总数,这个微小的差别用爱因斯坦的公式计算,也是一个十分巨大的能量,由此可以知道原子核里有着惊人能量的道理了。

  目前,使原子核内的能量释放出来,主要有两种方法:一种是将较重的原子核打碎,产生核裂变反应。目前的核电站、就是采用这种反应的结果。另一种是把两个较轻的原子,聚合成一个较重的原子核,同时放出巨大的能量,这种反应叫核聚变反应,氢弹爆炸就属于这种反应。

  人们利用核能,首先是从核裂变反应开始的,中子就是引发核裂变的炮弹。如果说核能是人类的又一能源宝库,那么中子就是打开这座宝库的钥匙。

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