第六章：原子核、核能与核技术

科学格言

一遇困难，或为别的研究方向所吸引而冲动，就立即放下手里的难题，这是科学家身上的严重缺点。一般说来，研究一经开始，研究人员就应竭尽全力去完成。一个不断改变自己的任务，去追逐新想到的高明想法的人，往往是一事无成。

…………贝尔纳第六章.原子核、核能与核技术1.质子和中子是原子核的组元2.

原子核的体积、密度和结合能3.原子核的运动性质和结构4.原子核的衰变、反应和核反应的守恒定律5.原子核的裂变反应6.原子核的聚变反应7.核发电E=MC2

何时质量变成能量？何时能量变成质量？核反应和化学反应得到能量的不同化学反应：键能的变化或化学键的重排

C+O2=CO2+∆E;

∆E=ECO2–(Ec+EO2)核反应：质量的损失1.质子和中子是原子核的组元各种元素原子的不同表现在原子核的不同，从而决定在原子核的周围运动的电子数目也不同。原子

原子核

原子核的体积很小，原子核直径的量级是十万分之一埃。

在研究原子核和粒子世界问题时，常用费米作为长度的单位，一费米等于十万分之一埃，也就是一千万亿分之一米(10-15m)。在人们发现中子以前，不清楚原子核是是由什么粒子构成的，这些粒子又是怎么样构成原子核的。

19世纪三十年代初期，人们知道原子核的性质可以由原子序数和原子量两个量描写。原子序数Z

是该原子核所带的正电荷，是单位正电荷的倍数，原子量A

则正比于原子核的质量，并且大体上是氢原子量的整数倍，而氢原子核就是质子。原子量其实就是质子和中子的和。

当时已经发现的基本粒子有质子、电子和光子。质子带单位正电荷，电子带单位负电荷，光子不带电。质子的静止质量很重，是电子的1836.15倍。

曾有一个原子核的结构模型，认为原子核是由质子和电子所组成，原子量就是原子核中包含的质子的数目。这个模型可以对原子核的原子序数和原子量给以较好的解释，但进一步的分析研究就碰到了一系列基本的困难。原子核的组成也是一步步才认识清楚的

第一个困难。原子核的结合很紧，说明把原子核的各组成成分结合在一起的相互作用很强，特别是在距离为一费米附近时，应该远比电磁相互作用强。

如果原子核是由质子和电子组成，原子核和电子之间应该有这种相互作用。

然而当把电子射向原子核时，接近到几费米甚至一费米距离附近时始终没有察觉到有超过通常电磁相互作用的更强的相互作用存在。

如果原子核是由质子和电子组成，则他们之间有很强的相互作用。

第二个困难。如果原子核中包含电子，电子的位置就被限制在原子核的体积内，即在半径为几费米的球体积内。由于微观粒子运动普遍满足位置和动量的不确定关系，电子的动量就不能很小，相应地电子所具有的动能也不能太小。

例如，氧原子核的半径约为3费米，从不确定关系给出在氧原子核中电子动量的不确定范围，从而可以估计出电子具有的动能值至少达到

16.3兆电子伏特！如果△

x趋于为0，则△

P趋于无穷大。

具有这么大动能的电子不可能被束缚在原子核里，将会很快地从原子核中穿出来，这表明由质子和电子组成的原子核不可能是稳定的。

第三个困难。质子和电子都是自旋量子数为1/2的费米子，当它们组成原子核时，可以根据角动量的相加规则很容易地估计出原子核自旋角动量的性质，判断原子核是费米子还是玻色子。

由于每一对质子和电子的自旋角动量之和可以是总自旋量子数为0或1，所有的配了对的质子和电子的自旋角动量的总和的自旋量子数必然是整数，因此原子核的自旋类型应完全由原子序数决定。

原子序数为奇数的原子核应该是费米子，原子序数为偶数的原子核应该是玻色子。然而这个规则并不对，氮的原子序数是Z=7，但实验测得氮核的自旋量子数为整数，是玻色子，并不是费米子。所以，这个模型不合理。

1932年英国物理学家查德威克(JamesChadwick)发现中子。中子和质子一样，也是自旋量子数等于二分之一的费米子。质子带一个单位正电荷，中子不带电。

自由质子的质量是电子的1836.15倍；自由中子的质量是电子的1838.67倍，自由中子是不稳定的，平均寿命为886.7秒。中子被发现后，很快就确立了原子核是由质子和中子组成。

原子核是由质子和中子组成的，质子和中子通过只在十费米以内的近距离时才由很强的强相互作用吸引力结合成原子核。

从一个静止的原子来看，原子核很重，在中心基本不动。而电子则在原子核周围运动。原子核和核外电子之间主要是电磁相互作用，靠这种相互作用结合成原子。

在质子和中子之间有在很近距离很强的吸引力，称为强相互作用。质子和中子靠这种近距离很强的强相互作用结合成原子核。2.原子核的体积、密度和结合能

原子核大体是球形，综合从很轻到很重的各种原子核的体积值，得到原子核的体积约等于原子量乘7.24立方费米。原子核中粒子密度大体上是个常数，每个粒子，不论是质子还是中子都平均占体积7.24立方费米。原子量越大，占的体积也越大。不同原子核中相邻的质子或中子间的距离基本上相同，原子核的体积大体上正比于组成原子核的质子和中子数的总和。

自由的中子的质量比自由的质子略重，但它们之间的质量差只占质量值的千分之一点三，可以近似地看作相等。

质子与中子的差别在于质子带电而中子不带电，然而它们的强相互作用性质和行为相似，都是原子核的组成粒子。这表明质子和中子可以看作是同一种粒子的不同带电状态，质子和中子统称为核子。核力作用半径大体正比于质量数A的立方根。

各种原子核的粒子数密度大体上是常数，也反映了各种原子核的质量密度大体上也是个常数。这个现象，一方面显示核子之间的相互作用是只在短距离内才有很强的吸引力，另一方面也显示核子都具有很强的不可入性。物质的密度对比：

单位体积内物质的质量称为该物质的密度。水的密度是每立方厘米1克，铁是每立方厘米7.87克，铜是每立方厘米8.96克，铂是每立方厘米21.45克。原子核的密度是每立方厘米2.294x1014

克，即2.294亿吨。原子核的结合能

在核子结合成原子核时，原子核的质量并不是全部核子质量的相加，在这个过程中，会释放出一定的能量，这就是结合能。相应地生成的原子核将损失一部分质量。原子核中平均每个核子的结合能称为平均结合能，又称比结合能。E=MC2！！

原子世界中能量常常采用电子伏特作为单位，电子伏特就是一个电子的电量经过一伏特的电压降所获得的能量。对于一个氢原子，如果要把电子从氢原子中拉出去，需要加进去13.6电子伏特的能量。

原子世界中其它的能量变化，一般也是电子伏特的量级。原子世界中能量变化的尺度是电子伏特。

原子核的能量变化的尺度是兆电子伏特，比原子世界中能量变化的尺度大一百万倍。

氦原子的相对原子量是4.002602，一个原子质量单位相当于931.494MeV/c2(来自E=mc2)，它的原子核是由两个中子和两个质子组成的。一个自由中子的质量是939.566MeV/c2，一个自由质子的质量是938.272MeV/c2，因此，在中子和质子结合成氦原子核时，由于释放了结合能，相应地质量损失了28.296MeV/c2。氦原子核的比结合能是7.074MeV/c2。*E=mc2=(1.66053×10-27kg)×(2.997925×108ms-1)2=1.492×10-10J/(1.6022×10-13J/1MeV)≈931.5MeV

(1个原子质量单位的能量；MeV/c2，粒子物理中，经常把把光速C设为不具单位的1)3.原子核的运动性质和结构

原子核的结构有它特有的特点。最轻的原子核是氢核，它就是一个质子，最重的原子核由277个核子组成，原子核中包含的核子数从很少到很多都有。原子核的组成结构上的这个情况显示出几方面的特点。

一方面，许多核子相互吸引结合在一起，很象原子核外许多电子运动组成原子的情形。人们期望，核子的能级分布也将和原子中的电子能级分布类似，也是分层的。

通过分析实验资料发现，原子核确实具有类似的周期性质，含质子数或中子数为2,8,20,28,50,82,以及中子数为126的原子核特别稳定，核子的平均结合能特别大，在自然界中的含量也比相邻的原子核丰富。这些数值称为幻数。

确实质子数或中子数为幻数的原子核显示很稳定，而质子数和中子数都是幻数的“双幻核”特别稳定，质子数和中子数远离幻数的核则很不稳定。原子核是由质子和中子组成的，由于质子和中子是不同的粒子，需要分别考虑它们的壳层分布。

根据这方面的特点发展了原子核结构的壳层模型理论，对原子核结构的许多性质给了成功的描述和预言。根据原子核结构的壳层模型理论推测质子数Z的下一个幻数可能是114，中子数N的下一个幻数可能是184，因此Z=114,A(原子量

)=298的原子核将是一个超重的双幻核，这个原子核和它邻近的原子核将表现有比较高的稳定性，这就是理论上推测可能存在的超重核稳定岛。（114号元素的原子量与推测的不符，为285）

日发现新的幻数值04-2-26下午02:25:43

摘自《科技日报》

日本理化学研究所的科研小组4月4日发布消息说，他们发现了幻数的新规律。该发现打破了物理理论中50年来的一个定论，并有可能会修改物理教科书内容。

原子核由质子和中子组成，只有当质子和中子为一组特定数时，原子核才能稳定。这组特定数在物理学上称为“幻数”。物理学家M·迈耶和J·詹森1949年因发现幻数为2、8、20、28、50、82、126而获诺贝尔奖(应用对称原理研究核和粒子核的壳模型)。50多年来，物理学中这一幻数系列已成为一个定论。直到两年前，日本理化学研究所的主任研究员谷畑（日文，旱地的意思）勇夫发现了新的幻数16，这种定论才被打破。

谷畑利用特殊装置，人工制作了许多中子数较多的原子核，然后查看在什么情况下原子核是稳定的。研究结果发现，当中子数为6、30、32时，原子核不易衰变且呈稳定状态。这一结果说明，中子过剩的原子核有与普通原子核完全不同的幻数系列。

中子过剩的原子核一般寿命很短，多为超新星爆炸时诞生。新幻数的发现将能更精确地说明为什么宇宙中存在许多特定元素。

一方面，重原子核由许多核子组成，显现出原子核像是由核子作为组元的微观聚集状态。

根据这方面的特点发展了原子核结构的费米气体模型理论，对原子核的许多性质和行为给了成功的描述和预言。

另一方面，原子核既然是许多核子聚集的系统，必然会表现出大量核子组成的集体的运动，例如原子核整体的转动和振动，都是典型的集体运动，不能归结为单个核子的运动。

根据这方面的特点发展了原子核结构的综合模型理论，也对原子核的许多性质和行为给了成功的描述和预言。

4.原子核的衰变和反应

很久以来，人类一直梦想着能够将一种物质转变成另外一种物质，连牛顿（SirIsaacNewton）也把他后半生的许多精力投入到炼金术当中，幻想着某一天能够把普通的金属变成黄金。历史进入了二十世纪，不同物质之间的转化已不再是一个神话了。

科学家们利用原子核反应不仅已经实现了从一种元素向另一种元素的转化，甚至可以去制造新的元素。

在已经发现的一百一十四种元素中，第一到第九十四号元素是自然界存在的，从第九十五号元素开始都是人造元素。

1896年，法国科学家贝可勒尔（Antoine-HenriBecquerel）通过对含铀物质的研究发现了放射性，原子核物理学从此诞生了。

1898年，法国的物理学家居里夫妇（PierreandMarieCurie）又发现了放射性元素钋和镭。

1899年，卢瑟福发现铀所发出的射线分为两种： 一种是穿透力较弱且较易被吸收的α射线，后来证明它的成分是α粒子，即氦原子核；另外一种是β射线，它的成分实际上就是电子。

1934年，法国物理学家约里奥—居里夫妇（FredericandIreneJoliot-Curie）发现了人工放射性。科学逐渐进入了原子核时代。

在自然界中，许多元素的原子核都是不稳定的，它们能够通过放射出某种射线而变成另外一种元素的原子，这就是放射性衰变。粒子放射性衰变有一定的普遍衰变规律。假设某一放射性物质所含的放射性粒子数在最初即t=0时的数目为N0，经过衰变后在t时还没有衰变的粒子数目为N，则有

N=N0e-λt

式中的λ称为衰变常数，它是反映粒子衰变性质的常数，它的倒数等于平均寿命。这就是放射性物质的粒子数随时间变化的规律。原子核物理学中也常采用平均寿命τ来描写，上式也可以写作

N=N0e-t/τ

从此式还可以得到该放射性物质的半衰期

T1/2=τln2

这就是放射性物质衰变掉一半所需要的时间。

衰变常数

λ、平均寿命

τ及半衰期

T1/2

都是放射性物质的特征量，它们反映了该放射性物质的一部分衰变性质。原子核的符号表示如下：放射性元素的半衰期

碘-1318天铯-1342年铯-13730年钌-1032年钌-1061年锶-9030年钚-23888年；钚-2392.41万年；钚-24237万年；钚-2448千万年铀-23424.7万年铀-235710万年铀-23845亿年2011年日本福岛核事故

最常见的原子核的放射性衰变有三种：

第一种是α衰变，它是某种元素的一个原子核通过放射出一个α粒子，变成另外一种元素的原子核的衰变。

原子核在进行α衰变时，原子序数减去2，质量数减去4，成为原子序数比它小2的原子核。其中，衰变前的原子核称为母核，而衰变后生成的原子核称为子核。

就是一种α衰变。式中左上角的数字代表该原子核的质量数，左下角的数字代表它的原子序数。

第二种放射性衰变是β衰变，它的特点是原子核的原子序数改变而质量数不变。

β衰变主要分为三种类型：β+

衰变、β-

衰变和轨道电子俘获。

在

β+

衰变中，原子核中的一个质子放出一个正电子和一个中微子而成为中子，同时原子序数也减去1。

在

β-

衰变中，原子核中的一个中子放出一个电子和一个反中微子而成为质子，同时原子序数也加上1

。

轨道电子俘获是指原子核俘获了核外内层电子轨道上的一个电子，并同时放出一个中微子，一个质子变为中子，从而使原子序数减去1

。Np—镎第一个衰变就是一种

β+

衰变； 第二个衰变和第三个衰变都是

β-

衰变；第四个衰变就是一种轨道电子俘获的过程。对β衰变的研究导致了中微子的发现。

第三种放射性衰变，

γ衰变往往是伴随着α衰变或β衰变而产生的。

原子核经过α衰变或β衰变后一般处在激发态，这时就会发生γ衰变，使原子核跃迁到基态，同时放出一个高能光子。

除此之外，原子核的放射性衰变还包括原子核的自发裂变、质子放射性等许多形式。

只有很重的原子核才会有显著的原子核的自发裂变。1940年最早发现的可以自发裂变的原子核是铀核。铀核可以自发裂变成两个原子核。

1947年钱三强、何泽慧、沙士戴勒、微聂隆合作发现铀核的三分裂和四分裂现象。

现在已知的可以自发裂变的原子核主要是比铀重的原子核。

类似于分子、原子的化学反应，原子核也具有核反应。用具有一定能量的粒子去轰击原子核时，原子核的性质就有可能发生改变，这个过程就称为核反应。

从1919年卢瑟福完成了世界上第一个人工核反应起，人们已经实现了许许多多的核反应。

对各种核反应的研究使科学家们能够更深入地了解原子核内部的构造，这已经成为研究原子核的一个重要的手段。5.原子核的裂变反应

核反应的两个特殊情形就是重核的裂变和轻核的聚变。

原子核的裂变就是重原子核通过核反应分裂成两个或几个中等质量的原子核，并同时释放出大量的能量的过程。

如下核反应就是两种典型的重核裂变过程。

1938年，德国放射化学家哈恩（OttoHahn）和他的助手斯特拉斯曼（FritzStrassmann）发现，当他们用中子照射铀时，会产生中等质量的钡原子核。

1939年，奥地利和瑞典物理学家迈特纳（LiseMeitner）和她的外甥弗里施（OttoRobertFrisch）向哈恩指出在他们的实验中，铀确实发生了裂变而产生了钡。由此，人们第一次发现了原子核的裂变现象。

为什么重原子核裂变（就是原子核通过核反应分裂）成两个或几个中等质量的原子核时会释放出大量的能量？

考察原子核的平均结合能—当A个核子结合成一个原子核时，将放出大量能量，称为结合能；平均每一个核子放出的能量称为平均结合能。

一般说来，原子核的平均结合能越大，原子核越稳定。

铀－238的平均结合能为7.570MeV。质量数A=40—120的中等原子核的平均结合能约为8.6MeV。因此，如果一个铀－238原子核裂变为两个中等质量的原子核的话，平均结合能将增加约1.03MeV，即平均每一个核子放出1.03MeV的能量，这大体上相当于一个核子具有的全部静止能量的千分之一。

这是相当大的能量释放！

如果依靠原子核自发裂变来释放这些能量，就要靠重原子核的自发裂变，重原子核的自发裂变的概率很小，平均寿命很长，这是需要等待的时间很长。要使重原子核的裂变很快地进行，可以用中子去碰撞重原子核，这时重原子核的裂变立即发生。

重原子核在裂变时不仅会产生其它原子核和中子，还会放出大量的能量。而且，在裂变过程中产生的中子又能够轰击其它原子核而实现新一轮的裂变，这就是所谓的链式反应。

当重原子核发生裂变时除了裂成两个或多个较轻的原子核外，还会释放出几个中子，这些中子又可以去引发新的裂变。

每次裂变释放出的中子中，平均实际用于实现下一次裂变的中子数，称为增殖因数k

。

如果k<1，链式反应就不能维持进行；

如果k

1，链式反应就能进行；

如果k>>1，链式反应就能迅速发展扩大进行，实现迅速大量集中释放能量，即核爆炸。

重核裂变的这个特性是制造原子弹的基础，原子弹就是能够发生裂变的重放射性物质材料通过链式反应在瞬间释放出大量的能量，从而达到具有极大的破坏力与杀伤力。

能够用于链式裂变反应的原子核材料称为“核燃料”。人们最早认识的，同时也是使用得最广的核燃料是铀-235和钚(Pu)-239

。

如果有了一定量的核燃料，它的增殖因数取决于核燃料的纯度和体积。

核燃料中混的杂质对于裂变反应产生的中子有吸收作用，会降低增殖因数。

核燃料中产生的中子有一部分会穿出核燃料的表面，不参加引起下一次裂变，表面积大也会降低增殖因数。当核燃料体积越小时，表面积占的比重就较大，增殖因数也就较小。

对于确定纯度的核燃料，它的增殖因数等于1的体积称为临界体积。

当核燃料的体积小于临界体积时，增殖因数就小于1，链式反应就不会进行；当核燃料的体积大于临界体积时，增殖因数就大于1，链式反应就会迅速进行。

原子弹的原理是通过实验和理论的研究，确定某种核燃料的临界体积。

原子弹的制作是根据某种核燃料的临界体积，制造几块都小于临界体积的核燃料材料，分开放。铀原子弹的爆炸临界质量大概是19千克左右（海森堡二次大战曾负责德国的原子弹计划，未成功。）裂变用于制造核弹

爆炸时突然将它们并到一起成为一块大于临界体积的核燃料，这样立即实现核裂变的链式反应，发生迅速释放能量的爆炸。

为了能迅速实现几块核燃料的合并，需要用烈性炸药做原子弹的雷管。首先炸药爆炸首先炸药爆炸然后引爆原子弹

原子弹的爆炸能量一般拿相等能量的TNT炸药的质量来描述，称为TNT当量。一般原子弹的TNT当量为几千吨到几万吨。

由于临界体积的限制，原子弹不可能制作得爆炸力特别大，原子弹的爆炸力有一定的上限。

比原子弹爆炸力大得多的是氢弹，氢弹的爆炸力没有像原子弹那样受临界体积带来的限制。

如果要用原子核的裂变产生的巨大能量作为稳定的能源，就要实现增殖因数维持为1的核裂变链式反应，人们通过建造原子核反应堆来实现。

原子核反应堆在核燃料中插有一些能够迅速吸收中子的可调节位置的控制棒来控制增殖因数的变化，使它保持在1附近。

控制棒一般用镉制作，因为镉具有很强的吸收中子的能力。裂变用于发电

当发现增殖因数过大时，把控制棒插入深一些，增殖因数立即就降低下来。

当发现增殖因数过小时，把控制棒往外拔一些，增殖因数马上就提高上去。

控制棒是控制原子核裂变反应堆正常运行的重要部分。

并不是所有的重原子核都能作为核燃料，只有一部分重原子核能够作为核燃料。现在使用的核燃料是铀-235和钚-239、铀-233。

天然铀中铀-238占千分之992.9，铀-235只占千分之7.1。它们是同一种元素的同位素，化学性质相同，混在一起存在的。

铀-238和中子碰撞后往往并不发生裂变，而是吸收中子而形成更重的铀-239，因此即使是化学纯的天然铀也不能用来作核燃料。

必须在天然铀中把铀-235浓缩到相当的程度才能够作为核燃料。

然而铀-235和铀-238的化学性质是相同的，不能通过化学把它们分开。

只能利用它们的原子核的质量有微小差别，用物理的方法把它们分开。

铀的一种气态化合物是六氟化铀UF6

，这两种同位素六氟化铀的分子量分别为349和352，即它们分子的质量有约千分之8.6的差别。

离心机法：把六氟化铀气体放入离心机中，高速旋转，较重的分子受到的离心力较大，从而靠外面的气体中重的分子的浓度较大。通过多次离心分离使铀-235的浓度提高。

扩散法：把六氟化铀气体放入真空中去扩散，在相同温度下，分子的平均动能相同，从而较轻的分子扩散的速度较快。通过多次扩散分离使铀-235的浓度提高。如何浓缩铀？

由于几种物理分离法都是基于两种同位素的六氟化铀

UF6

的分子质量有约千分之8.6的差别，分离的效率很低，成本很高，需要的时间很长。

钚-239是和铀不同的元素，可以通过化学方法把钚-239和铀分离开来。钚-239是核反应堆的产物。

核反应堆的核心部分称为堆芯，它主要包括燃料元件、慢化剂和一些结构部件。

燃料元件即核燃料，可以是天然铀或浓缩铀。当一个中子和铀-235碰撞产生裂变反映时，会同时放出2－3个中子。

这些中子的能量是兆电子伏特的量级。然后经过多次和慢化剂原子核的碰撞，能量大大降低：一部分再和铀-235碰撞再发生裂变；一部分逃散；一部分被铀-238吸收变成铀-239。

铀-239通过β-

衰变变成镎-239，半衰期为24分。镎-239通过β-

衰变变成钚-239，半衰期为2.35天。朝鲜的核弹材料由此产生▲反应堆的基本原理

如果在反应堆里放有钍-232

，它吸收中子后变为钍-233

。钍-233通过β-

衰变成铀-233。铀-233也是一种核燃料。

慢化剂的原子核应该是：轻核－慢化效率高；稳定的核－不吸收中子或和中子发生反应。

反应堆中的慢化剂主要有三种：重水、石墨、水。重水最好，成本高。早期主要用石墨。

现在使用的核燃料中铀-235是通过同位素分离得到。钚-239

、铀-233则是在核反应堆中产生。

核反应堆的功用：

能源－原子能发电站、核潜艇。

核燃料生产－大量生产钚-239、铀-233。

放射性同位素生产－生物学、医学。

照射中子源－进行核物理、中子物理、凝聚态物理、辐射化学、生物学、医学、材料科学等学科的基础研究。

1942年12月费米领导的科学家小组建成第一个人工裂变链式反应堆。

1945年制造出了原子弹，丢到长崎的原子弹就是用反应堆生产的钚-239作为核燃料。

1954年建成了第一个原子能发电站，其后30年，到1984年全世界已经有281座原子能发电站在运行，发电总功率达1.8x108

千瓦。到2008年为止，有超过600座核电站。裂变产生的能量是原子核能量的千分之一。6.原子核的聚变反应

除了通过重核的裂变可以获得原子能外，另外一种方法就是通过轻核的聚变。较轻的原子核通过核反应结合成较重的原子核并释放出大量能量的过程称为聚变。如下的核反应就是轻核聚变的过程。

通过轻核的聚变往往能获得比重核裂变多得多的能量。

由于轻核聚变时所利用的原子核都是原子序数很小的元素，如氘等，它具有比重核裂变丰富得多的原材料来源。

轻核聚变最大的困难就是反应条件比较难以达到，往往要在高温高压下才能实现。

氢弹就是先用一个原子弹爆炸，形成极高的高温，实现轻核的聚变反应。原子弹就是氢弹的雷管。聚变产生的能量是原子核能量的千分之六。另外一个好处是无污染。原子弹引爆氢弹。氢弹的核燃料用LiD，爆炸后产生大量快中子，再引爆作为外壳的U-238。首先炸药爆炸然后引爆原子弹进一步引爆氢弹的核燃料最后再引爆铀制外壳萨哈洛夫和金兹堡的故事氢弹爆炸历史：1952年，美国爆炸第一颗氢弹1953年，前苏联爆炸第一颗氢弹1961年，前苏联在北极圈的新地岛爆炸了当量为5800万吨TNT的氢弹。整个二次大战所有爆炸物的总和约1千万吨TNT。二次大战美国人在日本投下的原子弹为2万吨TNT。比一千个太阳还亮，第一颗原子弹爆炸的历史。

以U-238作为外壳的氢弹是二级氢弹，它的爆炸力可以很大，前苏联曾经制造过爆炸力为

5000万吨TNT当量的二级氢弹。赫鲁晓夫曾宣称苏联有一亿吨TNT当量的二级氢弹。

如果要用原子核的聚变产生的巨大能量作为稳定的能源，就要实现在一定的空间范围内维持几千万开尔文以上高温的技术，显然这样的空间范围不能用任何固体材料做器壁。

现在人们在研究的是实现高温等离子体，在高温等离子体中进行原子核聚变反应。

等离子体的组元是带电粒子，它们在磁场中的运动是绕磁场方向的螺旋线，即磁场对带电粒子有横向的约束作用。

这效应对等离子体整体的影响是磁场对于等离子体的压强有贡献，称为磁压强，可以利用磁压强来约束高温等离子体。还利用强激光照射来实现惯性约束。

现在物理学家们正在研究实现可控制热核反应，实现以后，人类就将有一个取之不尽、用之不竭的能源宝库。对聚变的约束！7.

核发电简介

据国际原子能机构最近发表的一份报告说，到去年年底，全世界正在运行的核电站共有438座，总发电容量为353千兆瓦，占全世界发电量的16%，累计运行时间已超过1万堆年(1个堆年相当于核电站中的1个反应堆运行1年)。

报告说，尽管迄今核电站主要分布在工业化国家，但是目前正在建设的32个核电站中有31座分布在亚洲、中欧和东欧地区。此外，现有核电站通过采取各种措施减少了发电成本并提高了安全性。其中，阿根廷、巴西、捷克、德国、印度、韩国、西班牙、俄罗斯、瑞士、乌克兰和美国都增加了各自的核电发电量并达到创纪录的水平。

据国际原子能机构统计，在去年全世界正在运行的核电站中，美国最多，达104座；法国59座，英国和俄罗斯也都在30座以上。2001年核发电量在国内总发电量中所占比例超过20%的有19个国家，比2000年增加了两个。其中，立陶宛比例最高，达到78%，比利时和斯洛伐克超过50%，乌克兰、瑞典和保加利亚3国则都在40%以上，韩国等8个国家也占到31%到39%之多。

目前世界最大的核电站是日本福岛核电站