2013年6月7日 星期五

什麼是核能

文: 賀立維博士  ( 節錄自"與核共舞的覺醒" )

無論你擁核、反核或不清楚核能是什麼?你可以先去瞭解它。
什麼是核能?核能就是由原子核所發出的能量。

所謂原子就是物質的最小單位,而它仍然能夠保持着它原有的化學性質。比方說,人體由器官組成,細分下去是細胞,然後是分子,最後是原子。一個原子裡面,包含一個原子核及幾個圍繞在原子核周圍的電子,這些電子帶著負電。原子核是由帶正電的質子和沒有帶電的中子組成,所以原子核是帶正電的,而整個原子則是中性的。

根據原子核裡面質子的數量,科學家就將它們排出了原子序,如氧的原子序是8,鈾235的原子序是92。同一個原子序的原子核,因為其中中子的數量不一定相同,所以二者加起來的原子量就不相同。這些相同原子序,也就是同一個名稱的原子,有不同原子量時,就稱他們為同位素。鈾235與鈾238都是鈾的同位素,但它們的性質卻大不相同,前者可以拿來做原子彈,後者就不行。

圖:鈾235的分裂過程



以同樣的質量來說,由原子核所發出的能量,會比化學反應或物質燃燒中所釋放的熱能,大了幾千幾萬倍。
當一個中子去撞擊一個鈾235原子核的時候,這個原子核會被撞擊而裂變,這時它就會釋放出一些新的中子以及很大的能量,這些能量就稱為原子能。這時所產生新的中子又會去撞擊其他鈾235的原子核,又引起其他鈾235原子的裂變,這樣持續下去就叫做連鎖反應。連鎖反應的結果會釋放出巨大的能量,被撞擊而破裂的原子核會變成質量較小的碎片,這些碎片會帶有強烈的放射性,就是帶有輻射能的同位素。當原子彈爆炸或核電廠出事時,釋放到大氣與土壤的放射性污染物,就是由這些碎片所造成的,這就是核災中貽害萬年,最大的罪魁禍首。
原子核被擊碎後所產生的能量,可以用愛因斯坦偉大的質能轉換公式來計算,這個公式就是大家所熟悉的
E=MC2
也就是說當發生核反應時,它所產生的能量E等於所被轉換的質量M,乘上光速C的平方。光速有多快呢?它一秒鐘可以跑三十萬公里,也就是說在一秒鐘裡可以繞地球七圈半。世界各地的核能發電廠就是使用這些能量來發電,還有核子潛水艇、核子航空母艦等等也都是依據同樣的理論。
235是自然界至今唯一被發現能夠發生裂變的同位素,它通常與鈾238共同存在鈾礦中,但它的比例相當低,只佔了百分之零點七。若用一些高科技的濃縮方法,可以將它的濃度提升到百分之二點五百分之三左右,這就是用來做一般發電用原子爐的低濃縮鈾。若將它濃縮到百分之九十以上,讓它瞬間爆炸開來,那就是原子彈了。這樣簡單的解釋,大家也許會稍微清楚一些原子爐與原子彈的不同。
將鈾235用濃縮得方法來提煉,它技術與花費非常昂貴,不是一般小國所能勝任。不過還有一種較省錢的方法,就是以時間來換取空間。就是利用一種實驗用而不發電的重水式原子爐,經過長年累月的運轉,讓中子持續的去撞擊含有百分之九十九點三成分的鈾238原子核,鈾238不會像鈾235一樣被擊破,但它會吸收中子,成為鈽239的同位素。鈽239就像鈾235一樣,是一種會被中子擊破而發生連鎖反應的同位素,所以它就成了原子彈的一種原料。
經常有人問,原子爐會像原子彈一樣爆炸嗎?
答案是要看什麼樣的爆炸?原子彈的爆炸是由鈾235或鈽239原料因連鎖反應直接爆炸,它的威力是不得了。而原子爐的爆炸,主要是由過熱的水蒸氣,分解產生氫氣所引起的氫爆。但在氫爆的同時,爐內的一些高放射性元素也都一起炸上了天空,灌救的水流出爐外,流到地下、河流與海洋,造成世紀大災難。
也許上面的解釋大家會稍微清楚一些原子爐與原子彈的不同。有時百姓誤以為原子爐會像原子彈一樣的爆炸,而被核電官員批評或責難,這裡的說明也許可以讓讀者稍加瞭解。不過對百姓而言,無論是核彈或核電的災害,都是無可承受的痛苦,政府官員要有同理心才是。
二次大戰時,美國投在廣島的那顆「小男孩(Little Boy)」原子彈,使用的原料是鈾235,而投在長崎的那顆「胖子(Fat Man)」使用的是鈽239
在原子爐裡,佔多數的鈾238會吸收一個中子,變成了鈽239。鈽239也是一種可分裂的人造同位素,許多無法以濃縮方法製造濃縮鈾的國家,就用這個方法來製造鈽239,像印度、巴基斯坦、以及最近進行核子試爆的北韓等等,所以它又被稱為「窮人的原子彈」。
順便一提,還有另一種核能,稱為核融合,核融合是將氫的原子融合在一起而發出巨大的能量。我們每天所接受的陽光,就是太陽的氫融合作用,融合後的能量經過一億五千萬公里,歷時八分十九秒的時間達到地球表面,讓萬物得以生存。
目前的氫彈,就是利用這種原理製造出來,但科學家還無法將這種原理製造出可用而合乎經濟的能源。現在世界上還存在着上萬顆的核子彈頭,每顆彈頭的威力要比炸日本的那兩顆大了許多,一但發生核子大戰,它們足以毀滅人類無數次。

曾經有考古學家在西非加蓬共和國境內,發現了一個史前世紀的核子反應爐,由它所呈現出的一些物理現象,與現有的核子反應爐相當的雷同。而且它內部鈾235的含量,要比天然鈾中正常的含量要低,顯示出鈾235是被使用過的,這是不是顯示出人類早已有了核子設施,或許曾經自我毀滅與輪迴過了好多次!當人類使用核能過了頭,發明超級核子武器,一個擦槍走火,當某狂人按下按鈕,人類就毀滅了。然後一切從頭開始,由海中生物,演化成兩棲類,爬上了陸地,演化出各種動物,然後是猿猴,然後是北京人,周口店人。經過二百萬年生了一位愛因斯坦,又生了希特勒,然後按鈕一按,再來一次。地球的歷史有45億年,人類的歷史才二百多萬年,人類的輪迴很可能已重複了好多少次,而能讓人類毀滅的,除了核武外還有什麼更厲害的呢?


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