导致日本福岛的核能发电厂机组发生问题辐射尘.PDFVIP

核化學-E=mc2 壹●前言 舉世譁然的日本大地震，引起海嘯，導致日本福島的核能發電廠機組發生問 題，輻射塵佈滿了整個關東地區。鄰近的南韓、中國...甚至台灣都「挫哩等」， 輻射可以算是核能發電所產生的副產品，核能是從工業革命以來的重大突破，誰 也沒想到一個小小的粒子碰撞，竟改變了整個時代，到底何謂核能？接下來我們 來探討吧。 圖一 福島核電廠危機 （資料來源：/mag/news/storypage.jsp?f_ART_ID=307186） 貳●正文 一、核能的探討 核能是近幾十年來，才發展出來的必威体育精装版能源，主要是依據「質能互變」的原 理，即原子在核反應中改變型態時，會釋放出大量的能量，這種由物質的質能， 所改變而得到的能源，即是「核能」。根據愛因斯坦的相對論，能量和質量可以 互換，一公斤重的物質，若全部以能的形式釋放，則可得到相當於燃燒四百萬公 噸煤的熱量。 二、核能的原理 所有的物質，都是由各種原子所組成的，而原子則是由中子、質子和電子所 構成。原子就像太陽系一樣，原子的核心如同太陽，而電子圍繞著原子核，就像 地球、火星等這一類的行星圍繞著太陽旋轉。太陽和無數星體得以發熱的原因， 就是靠核融合的反應，核融合是把兩個質量較輕的原子融合成為一個較重的原子 核。通常核融合所使用的燃料，是廣布於地球表面的「氫」同位素。融合後產生 一個氦原子核及一個中子，總質量減少，此減少的質量會轉換成能釋放出來。例 如：氫彈的製造。(註一) 1 核化學-E=mc2 有些原子間的原子核經碰撞時，易分裂成兩個較小的原子核，又稱為核分 裂。「核融合」比「核分裂」更具有威力。 而所謂 「核能」就是核分裂時，所放出的能量。核分裂時可產生極大的能量。 例如：鈾的原子核分裂所放出的熱量約為碳原子燃燒放出能量的一千萬倍以上。 核能電廠就是利用核分裂所釋放出的能量來發電。 核分裂的反應過程，新產生的分裂原子核的總質量會較分裂前原先的原子核 的總質量輕一些。這減少部份的質量就是核能的來源。 核分裂時能釋放出多少能量是依據 1905 年愛因斯坦所提出的理論 E=mc²計 算，公式中的Ｅ為能量，ｍ為質量，而Ｃ則為光速，其含義為質量與能量為一體 的兩面，兩者之間是可以互換的。 質量轉換產生的能量，以 1 公克的質量轉化來看，其所釋放的能量相當於 16 萬公噸黃色炸藥的爆炸威力，是非常巨大的，或約可讓 100 瓦特的燈泡點三萬 年。 目前所稱的「原子能發電」和 「核能發電」，是利用重原子核燃料( 即 U-238、 U-235 及 Pu-239 )在核反應器( nuclear reactor )內分裂達鏈鎖反應時所產生的熱 能，再藉此熱能或直接產生蒸氣或導至熱交換器( heat exchanger )產生蒸氣，用以 推動汽輪發電機的一種過程，使熱能轉變為電能。 三、核能的反應方式 原子核分裂時，被撞出的中子速度極快，欲控制核分裂，要設法將中子減速， 減速的方法是讓中子去撞擊質量較大的原子，碰撞多次之後，中子的速度即會減 慢。這種使中子減速的物質，稱為「緩和劑」。常用的緩和劑有水、重水和石墨。 但僅是控制中子的速度還不夠，科學家還利用一種能吸收中子的物質，所做成的 控制棒，插入連鎖反應器中，以吸收中子。利用控制棒的推進和抽出，來控制連 鎖反應的速率。 核分裂所產生的能量，必須用冷卻劑將它帶走，而核能發電就是將水環繞在 原子爐周圍。水受熱變成水蒸氣，再由水蒸氣來推動渦輪機，進而帶動發電機發 電。 四、核能所產生的放射性物質 (一) 鈽(Plutonium)：原子序為 94，元素符號為 Pu，是一種具放射性的超鈾元素， 屬於錒系金屬，現代核電廠都採用鈾 235 來當反應時的原料，而鈾 235 反應 2 核化學-E=mc2 後，有 97%會成為核燃料，可