​#科普微故事#《流浪地球》中的重核聚变是啥意思？（第113期）

#科普微故事#《流浪地球》中的重核聚变是啥意思？（第113期）

豆豆:“爷爷，电影《流浪地球》中的重核聚变是啥意思？”

爷爷:“电影里的说法大致是‘人类已经掌握了可控重核聚变技术，用于给地球自转刹车和逃逸(流浪)的巨大发动机提供动力’，当然，这只是一个作品中的设定，没法较真，也不必较真。”

豆豆:“爷爷，那什么是‘可控重核聚变’呢？’

爷爷:“单简说，重核聚变，就是中等元素铁或更重的元素，发生的核聚变，而中等元素铁以下且不包括铁的元素发生核聚变，则为轻核聚变。人类目前，能‘制造轻核聚变’，比如说，氢弹的爆炸，但是，不能做到‘可控轻核聚变’，所以，这只是小说或电影中，要让地球流浪的一个前提设置。”

豆豆:“能说说轻核聚变的原理吗？”

“当然！”爷爷:“要明白核变，首先要知道它和普通化学变化的区别，我知道你已经提前自学完初中化学，否则，将无法给你说明白。什么是化学变化呢？”

豆豆:“分子的组成和性质的改变！”

“对！”爷爷:“比如说，氢气在燃烧的条件下，生成水和二氧化碳，或者纯净水通过电解，可以生成氢气和氧气，或者铁和流酸铜发生反应，生成流酸亚铁和铜。化学反应有两个特点，一是分子的组成发生变化，而组成分子的原子并没有发生改变，二是反应前后的原子总质量不变，尊守质量守恒，对吧？那什么是核变呢？它是发生在原子内部的变化，分为缓慢的核衰变和剧烈核反应两种。因为，现在要说的是‘什么是重核聚变’的问题，所以我们只简单说剧烈核反应。剧烈核反应，分为核聚变和核裂变两种。”

豆豆:“那核反应有什么特点？”

爷爷:“化学反应，分子组成发生变化，但原子不变，而核反应，是原子内部的变化；化学反应，遵守质量守恒，而核反应是过程中，质量亏损，释放巨大能量。爱因斯坦认为，核反应是原子内部发生质量亏损释放能量的过程。”

豆豆:“能具体说说吗？”

爷爷:我们先说说核裂变，它又叫‘核分裂’，简单说，它是一个重原子核分裂成若干个轻原子核的过程。举个例子，比如说，原子弹中的铀弹的基本原理，是一个中子，以合适的速度，轰击高纯度和足够质量铀235，从而生成中等元素钡和氪，并放出三个中子，同时释放出能量，而三个中子再继续轰击其他的铀235，重复之前的过程。反应物铀235原子的质子和中子数量是235个，而核电荷数是92，加上一个用来轰击铀235的中子，中子不带电，质量数总个数是236，而生成物钡的质子和中子数量是141，核电荷数是56，而氪的质子和中子数量是92，核电荷数是36，再加3个放出的中子，质数量总个数还是236。想想，发现了什么？”

豆豆:“反应前后，质数量总个数和核电荷数的总数量郜没变呀！”

爷爷:“对！但是，核子的平均‘体重’(质量)变轻了，因此，不遵守常规化学反应中所涉及的质量守恒。实际铀235的裂变，是多种多样的，它还有可能裂变成锶和氙，或者其它，甚至会裂变成三种或以上的元素。总之，裂变，是重元素裂变成轻元素的过程。接下来我们在说说聚变，它是轻元素聚变成重元素的过程，也叫‘核聚合’，因为需要极大的动能和极高的温度，所以又叫‘热核反应’。比如，氢弹的基本原理，它是重氢(氘:dāo)和超重氢（氚:chuān)，聚变成氦，同时产生一个中子，并释放能量的过程。重氢的质子数为2，核电荷数是1，而超重氢的质子数是3，核电荷数是1，质量总数为5，核电荷数总量为2，而生成物氦的质量数是4，核电荷数是2，加上放出的一个中子，发现没有，反应前后，质数量和核电荷数依然没变，但其实，核子的平均‘体重’同样变轻了。核聚变所需要的温度是惊人的，氢弹的爆炸，需要几百万K的温度，所以实际氢弹是爆炸是由原子弹引爆的，在氢弹的内部，安放了一个原子弹，由原子弹爆炸释放的能量，来引爆氢弹。而原子弹，则只需用炸药爆炸所释放的能量，来冲击中子，中子再轰击铀235原子，这个中子的速度，必须合适，可以用重水(或石墨)来为其减速。总之，聚变，是较轻的元素，变化成较重元数的过程。宇宙中每天都在上演聚变，恒星的演化坍塌，就是聚变的过程。”

豆豆:“那为什么，要以铁元素为界限呢？”

爷爷:“因为比铁元素轻的元素，为轻元素，通常所产生的核反应是聚变，是轻核向重核转变的过程，所以也叫做‘轻核聚变’，而比铁元素重的元素，是重元素，通常所产生的核反应是裂变，它是重核向轻核转变的过程，所以也叫‘重核裂变’。而铁铁元素及差不多的元素，则是中等元素。重核主要趋向于裂变，而轻核，主要趋向于聚变。那么，什么是重核聚变呢？理论上，它就是铁以上的元素发生聚变的过程。”

豆豆:“人类能控制核裂变吗？”

爷爷:“只能说，有一定的控制能力，如果通过科学方法让它的反应剧烈和暴力一点呢，就是原子弹，而如果让它反缓慢和温柔一点呢，就是核动力。”