自從1789年法國化學家拉瓦錫（Lavoisier）定義了原子一詞后，人類一直在努力探索它結構的秘密。所有人都在好奇著，這種單一的粒子是怎么組成了世間萬物？原子實在是太小了，以至于人類永遠沒有辦法真正看見它們，但是，無數科學家在這個問題上前仆后繼著，用各種精巧的實驗作為支撐，不斷揭開了神秘原子的面紗。而其中最突出的，莫過于英國物理學家歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）。

 

21歲的盧瑟福（維基百科）

 

年輕的盧瑟福在著名的卡文迪許實驗室里發現了γ射線、α射線和β射線，并研究出了它們各自的特性。1908年，他因為發現這三種射線獲得了諾貝爾化學獎（盧瑟福本人對此也非常意外，他還風趣地說：“我竟然搖身一變，變成一位化學家了。”），后來就一直專門研究α射線中的α粒子。

1910年，盧瑟福交給兩位學生一個課題，讓他們用α粒子去轟擊金箔，利用熒光屏來記錄那些穿過了金箔的α粒子。這個實驗被稱為“金箔轟擊實驗”，就是這個實驗，讓盧瑟福得到了關于原子結構模型的靈感。他大膽地提出：原子就像一個太陽系，帶正電的原子核就像太陽，而帶負電的電子就像是繞著太陽轉的行星。這就是著名的原子核式模型。

盧瑟福的這個構想具有劃時代的意義，它引導了原子結構的正確方向，然而，它并不是完美的，這個模型之中甚至存在著尖銳的問題：盧瑟福描述的原子不斷地輻射著能量，但假如真的是這樣，原子不可能穩定存在。

后起之秀、丹麥物理學家尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）曾經在卡文迪許實驗室學習，和盧瑟福有了密切的合作交流機會，1912年，他考察了金屬中的電子運動，意識到經典物理理論在微觀現象方面的缺陷，并于1913年寫出了《論原子構造和分子構造》的長篇論著，創造性地將量子學說和盧瑟福的原子核式模型結合了起來，成為了他自己的“玻爾模型”，成功地結識了氫原子和類氫原子的結構和特質。1922年，玻爾因對原子結構理論的貢獻獲得了諾貝爾獎。可以說，玻爾是一個集大成者，他的理論以全新的觀念闡明了微觀世界的基本規律，為人類的原子時代奠定了基礎。

 

玻爾（網絡圖）

 

1938年9月，居里夫人的女兒伊雷娜·居里（lrene Curie）應用放射化學方法分析中子轟擊鈾的產物時，發現了一個半衰期為3.5小時的放射性新元素。她的實驗結果立即引起了德國科學家奧托·哈恩（Otto Hahn）的注意。1938年12月17日，他模仿著用一種慢中子來轟擊鈾核時，竟出人意料地發生了一種異乎尋常的情況：反應不僅迅速強烈，釋放出很高的能量，而且鈾核分裂成為一些原子序數小得多的、更輕的物質成分。哈恩一時無法解釋這種新發現就是裂變，他甚至懷疑這又是一次失敗。

 

奧托·哈恩（網絡圖）

 

為此，他請教了自己的實驗搭檔、奧地利女科學家莉澤·邁特納（Lise Meitner）。邁特納對實驗發現的現象進行了正確解釋，第一個提出這種現象為“核裂變”的物理學概念，并計算出了裂變所釋放出來的巨大能量。后來，她又用實驗驗證了這個“核裂變”。1939年1月，他們兩人經過仔細而又深入的討論后，完成了關于解釋“鈾核裂變”現象的論文，并在英國《自然》雜志發表了題為《中子導致的鈾裂體：一種新的核反應》的論文。

 

哈恩和邁特納在實驗室（網絡圖）

 

這篇論文引用了玻爾的核理論， 1939年1月初，邁特納聯系上了玻爾，告訴他，實驗結果和玻爾理論設想的完全一致，鈾在分裂時能放出大量的能量。據說玻爾知道邁特納的實驗結果之后，敲著自己的腦袋感嘆道：“哦，這真是神奇！”1939年1月27日，在美國春季物理學討論會上，玻爾對擠滿房間的觀眾宣布了哈恩的實驗，并描述了邁特納的物理學解釋。玻爾所奉獻的信息制造了一陣騷動，這陣騷動很快演變為一片轟動。據說一些急性子的物理學家當即匆忙離席，趕在第一時間驗證德國人的實驗發現和奧地利人的理論解釋，沒過幾小時便在美國人的實驗室得確認。接著，美國科學家費米（Fermi）推測：如果鈾核裂變后放出一個以上中子，這些中子又能引起臨近鈾核的裂變，如此持續下去，就形成了所謂的“鏈式反應”，并會在瞬間釋放出巨大的能力。鏈式反應，這就是核能的工作原理。根據這一理論，當裂變一直進行下去時，巨大的能量就將爆發。如果制成炸彈，它理論上的爆炸力是TNT炸藥的2000萬倍！

 

費米（網絡圖）

 

后來，哈恩又經過多次試驗驗證，終于肯定了這種反應就是鈾235的裂變。原子核裂變的意義，關鍵是在中子打破重核的過程中，同時釋放出巨大的能量。“鈾核裂變”這一重大發現，使原子能應用變為現實，為人類開辟了新能源。

由于1938年正處于戰爭時期，這個“鈾核裂變”首先對人類社會進程最直接的影響就是建造了原子武器和原子能電站。1942年，費米領導著小組在芝加哥大學建成了世界上第一座可控制的原子反應堆，從此，世界進入了原子能時代。1954年，蘇聯建成了世界上第一座核電站——奧布靈斯克核電站。這個核電站被稱為第一核電站，它的建造在當時是最高的機密，即使是工地的建筑工人也不知道自己到底咋建造些什么。1954年6月27日，俄語廣播電臺播報的一則新聞震驚了全世界，它宣稱奧布靈斯克核電站每日可以發電5000千瓦，并已經開始為農業生產項目提供電力供應。這是人類和平利用原子能的成功典范。

 

奧布靈斯克核電站鳥瞰圖（網絡圖）

 

核電站的原理其實很簡單：利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱量進行發現，和火力發電極其相似。而且，它所需要的燃料體積比火力電廠少多了。舉個例子，想要產生同樣多的電力，核電站每年要使用80噸核燃料，而火力發電站則需要515萬噸，如果使用天然氣，那也需要143萬噸。隨著人類科技技術的發展，相信核電站的使用會變得更加安全、廣泛。

 

現代核電站（網絡圖）

 

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走進原子能時代

圖文簡介

自從1789年法國化學家拉瓦錫定義了原子一詞后，人類一直在努力探索它結構的秘密。