公共基础知识之核能的开发和利用(5)

　　显然由单个核子所组成的氢核(一个质子)，其结合能为零。而质量数低于20 的核，它们的比结合能变化比较复杂，并出现了几个值得注意的峰值。其中氦、碳、氮和氧的比结合能峰值分别为7.08，7.69，7.48 和7.98 兆电子伏。相反锂和重氢(氖核)的比结合能都很小，分别为5.34 和1.12 兆电子伏。随着质量数的增加，在40～100 之间的最大比结合能约为8.7 兆电子伏。当质量数再大时比结合能又逐渐下降，直到铀核以后降为7.6 兆电子伏左右。此现象也证明了核力的饱和性。

　　随着核内核子数的改变，各种原子核结合的紧密程度是不一样的，这可从它们不同的比结合能上反应出来。由此可得出两种利用核能的途径：

　　一种是核分裂法或称核裂变法，即把比结合能比较小的重核，设法分裂成两个或多个比结合能大的中等质量原子核，即可释放出核能。

　　例如，将铀核用中子轰击裂变成钡和镧。裂变前铀核的比结合能为 7.6 兆电子伏，而裂变后的中等核，其比结合能为8.5 兆电子伏，两者相差0.9 个兆电子伏，而铀核有235 个核子，则总的能量差值就为200 百万电子伏左右。实际上铀核裂变时，还要放出2～3 个中子，除去这部分能量后，即可得200 兆电子伏左右的裂变能。

　　这就是1939 年，梅特涅和她侄子弗里施等人一起发现的铀核裂变现象，并测得200 兆电子伏左右的裂变能。另一种核能利用途径是合成法或称聚合法，即把比结合能较小的轻核，例如氘和氚，在特定的条件下把它们聚合成一个比结合能比较大的氦核，此时也可释放出比裂变能还要大几倍的能量。这种核反应过程通常称为聚变反应，由于它需要在几千万摄氏度温度的条件下才能实现，故又称为“热核反应”。

　　这种反应的实际例子是在1938 年，分别由德国出生的美国物理学家贝特和德国天文学家魏扎克各自独立发现的。即他们发现太阳上的氢核在十亿摄氏度的温度下聚变成氦核，并释放出27.6 兆电子伏能量。它是太阳能够在过去大约四十六亿年里不停地向地球辐射能量的重要依据，而且还能像目前那样继续辐射五十亿年。为此，人们不必为太阳能的枯竭而担心。

　　即使这样，太阳上热核反应所消耗的氢核数量仍然大得惊人，计算表明，每秒钟内约有六亿五千万吨氢聚合成氦，相应地每秒约有四百六十万吨质量消失掉，它们转换成巨大的辐射能普照宇宙和大地，为地球上的万物生长和人类的美好生活提供了必要的条件。