从地球诞生之初起
铀就已经形成了
它与多种元素结合形成的矿物
往往呈现出绚丽的色彩
因此甚至一度被用作染色剂
用来制作精美的器皿
(19世纪的铀玻璃制品,图片来源@视觉中国,制图@罗梓涵/星球研究所)
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然而
在美丽的外表之下
还有另一种看不见的“色彩”
直到1896年才被人类发现
作为自然界中最重的元素
铀原子并不稳定
它的原子核会自动蜕变成另一种
质量更小、更稳定的原子核
这个过程被称为“衰变”
衰变会释放出热量以及各种射线
因此这种特性也被称为“放射性”
相比于释放射线
通过衰变实现不同元素间的转化
对渴望“点石成金”的人类来说
显然更具吸引力
然而
原子数目衰减一半所花费的时间
即所谓的“半衰期”
动辄长达数亿年
只靠天然的衰变实现大规模的“点石成金”
仍是一个不切实际的梦想
(铀235衰变及部分元素半衰期,制图@罗梓涵/星球研究所)
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人们必须想方设法寻找其他途径
完成原子的改造
最常用的是
利用组成原子核的一种微小粒子
中子
作为“炮弹”轰击原子核
令其分裂成两个新核
实现“裂变”
更重要的是
它还给我们带来了一个意外的“惊喜”
裂变后原子核质量减少
正如爱因斯坦的质能方程所揭示的那样
这些减少的质量直接转换成了能量
(核裂变反应示意图,制图@罗梓涵/星球研究所)
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在这个著名的方程中
由于光速的数值十分庞大
因此哪怕微小的质量变化
也会产生巨大的能量
这无疑是一个振奋人心的发现
它意味着
如果人们能够驾驭这种能量
那么只需百余吨核燃料
便可产生满足北京市一年的用电量
(供北京市全年用电所需的低浓缩铀与其他燃料对比,此处按北京市2020年全年用电量1140亿千瓦时估计,制图@罗梓涵/星球研究所)
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