2020年4月24日，就在人们纪念哈勃30周年时，切尔诺贝利事故34周年的纪念活动，也在低调进行。但是，一场爆发于核污染区内的大火，再次引起人们对核能的关注。可以说，核能，自从被人类发现以来，就是一个矛盾结合体。
切尔诺贝利大火新闻图片
人类对核能的第一次使用————原子弹，为战争而生，却在1945年以两朵蘑菇云，终结了战争。在这两次核爆中，人类被小小原子核中隐藏的巨大能量所震撼，进而研制了破坏力更大的氢弹。但震慑于其威力，整个人类世界在核威慑下的战略平衡中，维持了半个多世纪的整体和平。
原子弹爆炸后的蘑菇云
有趣吧，人类最强大的武器，却铸就了和平。这是，“武者，止戈”的写照，也是联合国总部前，“铸剑为犁”的美好愿景。于是，人类期望通过可控核裂变，在核电站中，安全使用核能。
联合国总部前“铸剑为犁”雕像
那什么是核裂变呢？核裂变如何才能被安全使用呢？
核裂变是一种链式反应，在核电站或者原子弹中，以铀235作为裂变材料。下面是裂变反应中的方程式。
铀235核裂变反应
如上图所示，当用一个中子撞击一个铀235原子，得到一个钡原子，一个氪原子和3个中子；而3个中子又会继续撞击周围的铀235，形成链式反应。
在核裂变反应中，会有一部分质量转化为能量，发生质量亏损，而亏损的质量，则会变成能量释放。原子弹就是在铀235雪崩一般的核裂变中，将亏损的质量转变为能量，进而释放出出巨大破坏力的。
爱因斯坦用著名的质能方程刻画了这个释放能量的过程。
质能方程
其中，m为亏损的质量，c为光速，E就是释放的能量。1kg的铀235，释放的能量，相当于10吨TNT炸药爆炸的能量。
那我们怎么样才能让核裂变链式反应的第一个反应开始呢？这里会涉及到一个叫做“临界质量”的概念。
在教科书中，临界质量，指的是维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料，受核子的性质、物理性质、物料型状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响，会存在有不同的临界质量。
简单来说，就是想要铀235核裂变发生，对铀235的质量、浓度和体积是有要求的，需要达到某一个值。
原子弹结构示意图
我们以原子弹为例，上图为原子弹的示意图。
在原子弹爆炸前，中子源位于原子弹的中央，而裂变材料铀235则分布在中子源的附近。其中每一块铀235，都未达到临界质量。
当引爆时，原子弹内部的炸药首先爆炸，产生的推力，会将每一块铀235推向弹体中央，使铀235聚集超过临界质量。这时，只要有哪怕一个中子撞击，就会引发链式反应，产生巨大的破坏能量。
那在核电站中，人们是如何让核裂变在可控的状态下进行呢？
RBMK石墨沸水反应堆示意图
上图是切尔诺贝利曾发生爆炸的RBMK反应堆，中文名为石墨沸水反应堆。简单来说，理解了以下三点，就明白了石墨沸水核反应堆的基本原理。
- 核裂变反应在燃料棒中进行，水作为冷却剂，带走反应热量的同时，产生蒸汽推动涡轮机进行发电；
- 核裂变反应所需中子速度不能太快，工程师们用石墨减速剂降低中子速度，使链式反应可以持续不断进行；
- 控制棒通过吸收中子，控制反应速率，使得核裂变反应可控。
切尔诺贝利事故，正是由于控制棒的设计和人为操作的失误，导致控制棒无法有效控制核反应的速度，反应堆功率猝增，超过了正常值的10倍。由于温度过高，熔化的燃料棒，与冷却液和蒸汽混合，发生爆炸，掀开了屋顶。由此，核反应堆直接暴露在空气中，造成了可怕的核灾难。
切尔诺贝利事故发生地
可见，当我们在使用宇宙中如此强大的能源时，一定要在技术及规章制度上做好准备，否则将会遭到反噬，酿成灾难。可控核聚变，在能源危机日益逼近的今天，是人类努力的一个方向。
我们从认识核能，到研究核能，应用核能，也就一百年光景。希望核能带给人类的，不是终结，而是新工业革命的曙光。如果能得到后人如此评价，我们今天的努力，也算值得了。
过去的人真笨，过去的人真难
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