小小原子中的巨大能量

　　1905年，爱因斯坦提出了听起来有些奇怪的狭义相对论，狭义相对论的最重要结论之一，是关于质量和能量的关系方程E=mc2，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。这个方程是什么意思呢?它告诉我们一定质量的转化必定伴随着一定能量的转化，反过来一定能量的转化也一定伴随着一定质量的转化。质量和能量发生转化时，发生变化的能量等于发生变化的质量乘以光速的平方。天啦，光速的平方！你一定记得光速吧，那可是个很大的数字(c=300000000米/秒），用质量乘以这个数的平方，那该是多么大的数量啊。看来，那些在平时看来不起眼的小东西也都蕴藏着惊人的能量。有人做过测算，根据爱因斯坦的说法，一块砖头如果全部转化为能量，并以爆炸的形式释放出来，就如同爆发了一次10级的大地震，能让一座城市变为平地！
　　可能吗？也许你根本不相信，这么小的东西，怎么会有如此巨大的能量呢，说给谁听谁也不信啊。要说清这个问题，我们还是从构成自然界各种元素的最基本单位——原子谈起吧。呈现在我们面前的五彩缤纷、变幻万千的物质世界都是由100多种元素组成的，而这些元素又是由原子构成的。虽然构成不同元素的原子组成不同，不过不同的原子大小差异都不大，它们的直径大概都是10-10米。打个比方，地球的直径大约接近13000千米，如果把一个苹果放大到地球那么大，那么这个放大了的苹果中的原子就差不多是真实的苹果那么大。＂原子＂一词来自希腊文，意思是＂不可分割的。＂不过，善于怀疑的科学家总是喜欢提出疑问：原子真的不可分割吗?他们一旦想到这个问题，就开始思考并试图动手验证。他们经过许多实验发现，即使原子和我们日常生活的环境比已经很小很小了，可是它还可以再继续分割下去。1911年，英国物理学家卢瑟福发现原子是由原子核和电子构成的，后来科学家又发现原子核还能被分为质子和中子。到了20世纪30年代，物理学家和化学家都清楚地认识到，在原子核内部聚集着巨大的能量，这个能量就是核能，它比化学能约大280万倍。可难题是人们不知道究竟该如何把原子核里面聚集的能量释放出来。科学家们又展开了各种实验。
　　1934年的一天，意大利科学家费米决定用中子来轰击原子核。什么是中子呢?中子也是组成原子的粒子，由于它不带电，因此能比较容易地靠近带正电的原子核，费米想用它来做实验，说不定会给人惊奇的结果。于是他从最轻的元素开始，按照元素大小次序，个一个的进行轰击，当他轰击到第9号元素氟时，奇迹发生了：中子真的跑进了氟的原子核，氟的原子量增加了！费米兴奋极了，他想：原子量的改变，差不多就意味着一种元素变成了另一种元素。如果用中子去轰击最大的原子，也就是第92号元素铀，说不定可以得到比铀更大的原子，那就是一种新的元素—第93号元素（当时科学家只发现到第92号元素)！怀着激动又有些焦急的心情，费米开始用中子轰击铀。实验成功了，中子被吸收，新的元素似乎真的诞生了！
　　这条消息顿时成了爆炸性的新闻。人们不禁竖起大拇指赞叹：真了不起啊！
　　可是有人对这个结果产生了怀疑。德国科学家哈恩和迈特纳在研究了费米的实验后，发现中子轰击铀原子后并没有产生费米在实验中得到的93号元素。不过令人兴奋的是，在轰击后产生的粒子中，他们发现了钡。钡是第56号元素，它的原子质量正好是铀的一半。他们给实验得出的这个事实下了一个结论，那就是：经过中子炮弹的轰击，铀的原子核裂成了两半原来，在中子轰击下铀原子分裂成两个质量相近的原子核，同时产生新的中子并释放出能量。这种能量就是裂变能。哈，这下原子核被砸开了，能量的仓库终于被科学家打开了。
　　匈牙利科学家西拉德听说铀裂变的消息后，注意到了一个微妙的现象：当一个铀原子裂变时，会产生两个或三个中子。根据这个现象他推测：一个铀原子裂开后，至少有两个中子跑出来，每个中子都会成为一个新炮弹，再去撞击别的铀原子。这样，又有两个铀原子被砸开，同时释放出四个中子。这四个中子又成为四颗炮弹，撞击另外四个铀原子使它们发生裂变，释放出八个中子……这样不断裂变下去，就会引起千千万万个铀原子发生裂变，从而引起一连串的反应。随着连锁反应的进行，越来越多的铀原子将会发生核裂变，产生出的能量也将越来越大。西拉德通过计算，有了一个惊人的发现：1克铀分裂放出的能量，相当于大约2.5吨煤的燃烧；1千克铀的爆炸力，相当于几百万千克的炸药！如果在瞬间释放出这些能量，核裂变的威力可想而知。
　　除了核裂变以外，原子核还能通过核聚变的方式获得巨大的能量。所谓＂核聚变＂是指两个较轻的原子核聚合成一个比较重的原子核，同时产生中子，并放出巨大的能量。这种能量就是聚变能。聚变能比裂变能还要大得多，但我们人类目前科学的水平很难让原子核发生聚变，因为要实现核聚变的难度是相当高的，氢的两种同位素氘和氚之间的聚变，是相对而言最容易实现的聚变反应，但也要上亿度的高温和巨大的压力。不过在自然界中就存在着核聚变的例子，光芒万丈的太阳就是靠自身内部的聚变产生光和热的。
　　因此现在我们实际利用的核能，都是相对比较容易获得的裂变能，是铀元素裂变产生的能量。铀是自然界中原子序数最大的元素，其中铀-235原子核是自然界中最容易发生裂变的原子核之一。不过我们人类最早利用核能却是出于战争的目的，为了研制杀伤力惊人的武器。原子弹，就是利用铀裂变的武器。原子弹爆炸时，在几万分之一秒的瞬间就能产生高达几千万度的高温，同时形成一个刺眼的大火球，发出强烈的闪光。几秒钟后，大火球就会变成一个蘑菇形状的巨大烟云。这团巨大的烟云能喷吐出数不尽的射线，夺去人的生命。
　　难道我们只能利用核裂变来制造毁灭人类自身的武器吗？当然不是。原子弹爆炸的威力之所以那么强大，是因为那是一瞬间放出的巨大核能。如果我们能对裂变反应加以控制，使原子核的能量慢慢释放，就不会引起爆炸，而且能够获得稳定的能量。如今科学家已经能够很好地控制住裂变反应，利用缓慢释放的核能，人们建立了核能发电站，还发明了核潜艇。看来只要合理地利用核能，就能为人类生活提供越来越多的帮助。