小心,前方核能!( 二 )
然而
原子数目衰减一半所花费的时间
即所谓的“半衰期”
动辄长达数亿年
只靠天然的衰变实现大规模的“点石成金”
仍是一个不切实际的梦想
(铀235衰变及部分元素半衰期 , 制图@罗梓涵/星球研究所)
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人们必须想方设法寻找其他途径
完成原子的改造
最常用的是
利用组成原子核的一种微小粒子
中子
作为“炮弹”轰击原子核
令其分裂成两个新核
实现“裂变”
更重要的是
它还给我们带来了一个意外的“惊喜”
裂变后原子核质量减少
正如爱因斯坦的质能方程所揭示的那样
这些减少的质量直接转换成了能量
(核裂变反应示意图 , 制图@罗梓涵/星球研究所)
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在这个著名的方程中
由于光速的数值十分庞大
因此哪怕微小的质量变化
也会产生巨大的能量
这无疑是一个振奋人心的发现
它意味着
如果人们能够驾驭这种能量
那么只需百余吨核燃料
便可产生满足北京市一年的用电量
(供北京市全年用电所需的低浓缩铀与其他燃料对比 , 此处按北京市2020年全年用电量1140亿千瓦时估计 , 制图@罗梓涵/星球研究所)
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这为人类能源的发展
指明了一个全新的方向
人类终于可以摆脱
燃烧
这种依靠拆装化学键获得能量的方式
真正触碰到了原子核本身
进入了用质量直接换取能量的
“原子时代”
不仅如此
核能不受天气和季节的影响
其释放过程也不产生任何温室气体
更不会排放烟尘污染环境
可以说是相当理想的清洁能源
(浙江秦山第二核电站 , 一般也称秦山二期 , 摄影师@邵帅/中核集团)
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但是
原子核看不见也摸不着
要驯化它
又谈何容易?
02
驯化
实际上
早在原子弹诞生之前
人类就率先建造出了
第一座实现可控核裂变反应的装置
核反应堆
尽管它最初的功率只有0.5瓦
甚至不足以点亮一盏家用电灯
但正是它
开启了人类掌控核能的新时代
(1946年12月2日 , 参与建造世界上第一座核反应堆的科学家们庆祝成功的4周年 , 图片来源@视觉中国)
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随后
各式各样的核反应堆相继建成
发电功率也越来越大
第一代核电站
正式登上能源的舞台
核能
以电力的形式走进了千家万户
(法国希农核电站1号机组 , 建成于1963年 , 1973年关停 , 如今已经被开发成了一座博物馆;如无特别说明 , 本文所说的核电站建成时间均指该核电站首台机组正式并网发电的时间 , 图片来源@视觉中国)
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比如
建成于1954年的世界上第一座核电站
苏联奥布宁斯克核电站
其发电功率仅为5000千瓦
只能支撑几座工厂的运行
美国希平港核电站
将发电功率提升到了6万千瓦
大约可以满足6万人口的用电需求
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