在未来的几十年里,核能将是世界的主要能源,并且它是零排放的。
但是,有些人想到切尔诺贝利事件以及福岛核事故之后,会觉得核电站是一种危险的存在。
然而,有了钍之后,核电站的危险性就会大大减少。
在可预见的未来,钍将转变我们对核能的范式。
这背后有着怎样的物理机制与技术突破?让我们从基础讲起。
核能的物理机制当你把较重的原子分裂成两个较轻的原子时,会释放出大量的能量。
例如,铀的一种同位素铀-235是很好的裂变材料,当它受到中子的撞击时,它会分裂成三个中子和两个较轻的粒子:钡-141和氪-92。
然后这些中子又可以去撞击其它铀-235,继续发生着核反应。
通过这种方式,它可以形成连续的链式反应,产生越来越多的能量。
这种能量是从哪里来的?如果我们考虑铀-235和入射中子的质量之和,我们会得到236.053个原子质量单位。
然后我们把反应后的产物的质量加起来,只会得到235.867个原子质量单位,前后相差了0.186个原子质量单位。
根据爱因斯坦质能方程,前后质量之差转化为了1.73亿电子伏特的能量。
更深入一点的问题是,这些质量最初从何而来,为什么可以转化为能量?正如我们在之前关于太阳如何发光的文章中所讨论的,这完全是于与强核力相关的结合能。
在这种情况下,结合能是指打破原子核中质子和中子之间的键所需的能量。
换句话说,要使质子和中子如此紧密地结合在原子核中,需要大量的能量。
这来自于宇宙的一种基本力,叫做强核力。
这种使质子和中子结合在一起的力或能量贡献了原子的质量。
因此,当原子核分裂时会损失一些质量,因为保持原子核结合在一起所需的能量更少了。
这就是转化为能量的质量的