哈恩核反应堆（核能的来源）

本文目录

• 核能的来源
• 二战时期德国原子弹研发领导人是谁
• 核反应堆的历史沿革
• 核能是什么
• 核反应堆第一个发明人
• 二战中的蝴蝶效应：丘吉尔的燕子行动与希特勒破灭的原子弹之梦
• 人类制成的第一座原子反应堆是如何建造起来的

核能的来源

核能是通过核反应从原子核释放的能量。核能可通过三种核反应之一释放： 1、核裂变，较重的原子核分裂释放结合能。 2、核聚变，较轻的原子核聚合在一起释放结合能。 3、核衰变，原子核自发衰变过程中释放能量。 1905年 爱因斯坦提出质能转换公式。1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。1935年英国物理学家查得威克发现了中子。1938年德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。1942年12月2日，美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。 1945年8月6日和9日美国将两颗 原子弹先后投在了日本的广岛和 长崎。1954年，苏联建成了世界上第一座商用核电站，奥布灵斯克核电站。 从此人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。 美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开核能应用研究

二战时期德国原子弹研发领导人是谁

沃纳·卡尔·海森堡（1901年12月5日—1976年2月1日），德国著名物理学家，量子力学的主要创始人，哥本哈根学派的代表人物，1932年诺贝尔物理学奖获得者 。海森堡在二战中被纳粹德国委以重任，负责领导研制原子弹的技术工作。1941年，他被任命为柏林大学物理学教授和凯泽·威廉皇家物理所所长，成为德国研制原子弹核武器的领导人，与核裂变的发现者之一哈恩一起研制核反应堆。随着战争进程的推进，海森堡很快发现自己陷入矛盾之中：他热爱自己的祖国，但又对纳粹的**非常仇恨。因此，他便采取实际行动来遏制德国核武器的发展。

核反应堆的历史沿革

早在1929年，科克罗夫特就利用质子成功地实现了原子核的变换。但是，用质子引起核反应需要消耗非常多的能量，使质子和目标的原子核碰撞命中的机会也非常之少。1938年，德国人奥托·哈恩和休特洛斯二人成功地使中子和铀原子发生了碰撞。这项实验有着非常重大的意义，它不仅使铀原子简单地发生了分裂，而且裂变后总的质量减少，同时放出能量。尤其重要的是铀原子裂变时，除裂变碎片之外还射出2至3个中子，这个中子又可以引起下一个铀原子的裂变，从而发生连锁反应。1939年1月，用中子引起铀原子核裂变的消息传到费米的耳朵里，当时他已逃亡到美国哥伦比亚大学，费米不愧是个天才科学家，他一听到这个消息，马上就直观地设想了原子反应堆的可能性，开始为它的实现而努力。费米组织了一支研究队伍，对建立原子反应堆问题进行彻底的研究。费米与助手们一起，经常通宵不眠地进行理论计算，思考反应堆的形状设计，有时还要亲自去解决石墨材料的采购问题。1942年12月2日曼哈顿计划期间，费米的研究组人员全体集合在美国芝加哥大学Stagger Field 的一个巨大石墨型反应堆前面。这时由费米发出信号，紧接着从那座埋没在石墨之间的7吨铀燃料构成的巨大反应堆里，控制棒缓慢地被拔了出来，随着计数器发出了咔嚓咔嚓的响声，到控制棒上升到一定程度，计数器的声音响成了一片，这说明连锁反应开始了。这是人类第一次释放并控制了原子能的时刻，这个反应堆被命名为“芝加哥一号堆（Chicago Pile-1）。1954年前苏联建成世界上第一座原子能发电站利用浓缩铀作燃料，采用石墨水冷堆，电输出功率为5000千瓦。1956年，英国也建成了原子能电站。原子能电站的发展并非一帆风顺，不少人对核电站的放射性污染问题感到忧虑和恐惧，因此出现了反核电运动。其实，在严格的科学管理之下，原子能是安全的能源。原子能发电站周围的放射性水平，同天然本底的放射性水平实际并没有多大差别。1979年3月，美国三里岛原子能发电站由于操作错误和设备失灵，造成了原子能开发史上空前未有的严重事故。然而，由于反应堆的停堆系统、应急冷却系统和安全壳等安全措施发挥了作用，结果放射性外逸量微乎其微，人和环境没有受到什么影响，充分说明现代科技的发展已能保证原子能的安全利用。

核能是什么

核能是原子核的能量。

核能（或称原子能）是通过核反应从原子核释放的能量，核能是人类历史上的一项伟大发现，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的发现和应用奠定了基础。可一直追溯到19世纪末英国物理学家汤姆逊发现电子开始，人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。

1905年爱因斯坦提出质能转换公式。1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。1938年德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。

月球核能

早在20世纪60年代末和70年代初，美国阿波罗飞船登月时，6次带回368.194千克的月球岩石和尘埃。科学家将月球尘埃加热到3000华氏度时，发现有氦等物质。经进一步分析鉴定，月球上存在大量的氦-3。科学家在进行了大量研究后认为，采用氦-3的聚变来发电，会更加安全。

有关专家认为，氦-3在地球上特别少，但是月球上很多，光是氦-3就可以为地球开发1万到5万年用的核电。地球上的氦-3总量仅有10到15吨，可谓奇缺。

但是，科学家在分析了从月球上带回来的月壤样品后估算，在上亿年的时间里，月球保存着大约5亿吨氦-3，如果供人类作为替代能源使用，足以使用上千年。

以上内容参考百度百科-核能

核反应堆第一个发明人

1939年初，德国化学家O.哈恩和物理化学家F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。几个星期内,许多国家的科学家验证了这一发现,并进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件，从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。但是，同历史上许多科学技术新发现一样，核能的开发也被首先用于军事目的，即制造威力巨大的原子弹，其进程受到当时社会与政治条件的影响和制约。从1939年起，由于***德国扩大侵略战争，欧洲许多国家开展科研工作日益困难。 同年9月初，丹麦物理学家N.H.D.玻尔和他的合作者J.A.惠勒从理论上阐述了核裂变反应过程，并指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀235。 正当这一有指导意义的研究成果发表时，英、法两国向德国宣战。1940年夏,德军占领法国。法国物理学家J.-F.约里奥-居里领导的一部分科学家被迫移居国外。英国曾制订计划进行这一领域的研究，但由于战争影响，人力物力短缺，后来也只能采取与美国合作的办法，派出以物理学家J.查德威克为首的科学家小组，赴美国参加由理论物理学家J.R.奥本海默领导的原子弹研制工作。 在美国，从欧洲迁来的匈牙利物理学家齐拉德·莱奥首先考虑到，一旦***德国掌握原子弹技术可能带来严重后果。经他和另几位从欧洲移居美国的科学家奔走推动,于1939年8月由物理学家A.爱因斯坦写信给美国第32届总统F.D.罗斯福，建议研制原子弹，才引起美国政府的注意。但开始只拨给经费6000美元，直到1941年12月日本袭击珍珠港后,才扩大规模，到1942年8月发展成代号为“曼哈顿工程区”的庞大计划，直接动用的人力约60万人，投资20多亿美元。到第二次世界大战即将结束时制成 3颗原子弹，使美国成为第一个拥有原子弹的国家。制造原子弹，既要解决武器研制中的一系列科学技术问题，还要能生产出必需的核装料铀235、钚239。天然铀中同位素铀235的丰度仅0.72％,按原子弹设计要求必须提高到90％以上。当时美国经过多种途径探索研究与比较后，采取了电磁分离、气体扩散和热扩散三种方法生产这种高浓铀。供一颗“枪法”原子弹用的几十千克高浓铀，是靠电磁分离法生产的。建设电磁分离工厂的费用约3亿美元(磁铁的导电线圈是用从国库借来的白银制造的，其价值尚未计入)。钚239要在反应堆内用中子辐照铀238的方法制取。 供两颗“内爆法”原子弹用的几十千克钚239，是用3座石墨慢化、水冷却型天然铀反应堆及与之配套的化学分离工厂生产的。以上事例可以说明当时的工程规模。由于美国的工业技术设施与建设未受到战争的直接威胁，又掌握了必需的资源，集中了一批国内外的科技人才，使它能够较快地实现原子弹研制计划。 德国的科学技术，当时本处于领先地位。1942年以前，德国在核技术领域的水平与美、英大致相当，但后来落伍了。美国的第一座试验性石墨反应堆，在物理学家E.费密领导下，1942年12月建成并达到临界；而德国采用的是重水反应堆,生产钚239，到1945年初才建成一座不大的次临界装置。为生产高浓铀，德国曾着重于高速离心机的研制,由于空袭和电力、物资缺乏等原因,进展很缓慢。其次,A.希特勒迫害科学家,以及有的科学家持不合作态度，是这方面工作进展不快的另一原因。更主要的是，德国***头目过分自信，认为战争可以很快结束,不需要花气力去研制尚无必成把握的原子弹,先是不予支持，后来再抓已困难重重，研制工作终于失败。 1945年5月德国投降后，美国有不少知道“曼哈顿工程”内幕的人士，包括以物理学家J.弗兰克为首的一大批从事这一工作的科学家，反对用原子弹轰炸日本城市。当时，日本侵略军受到中国人民长期抗战的有力打击，实力大大削弱。美、英在太平洋地区的进攻，又几乎全部摧毁日本海军，海上封锁使日本国内的物资供应极为匮泛。在日本失败已成定局的情况下,美国仍于8月6日、9日先后在日本的广岛和长崎投下了仅有的两颗原子弹。 苏联在1941年6月遭受德军入侵前,也进行过研制原子弹的工作。铀原子核的自发裂变，是在这一时期内由苏联物理学家Г.Н.弗廖罗夫和Κ.А.佩特扎克发现的。卫国战争爆发后，研制工作被迫中断,直到1943年初才在物理学家И.В.库尔恰托夫的组织领导下逐渐恢复，并在战后加速进行。1949年8月,苏联进行了原子弹试验。1950年1月,美国总统H.S.杜鲁门下令加速研制氢弹。1952年11月，美国进行了以液态氘为热核燃料的氢弹原理试验，但该实验装置非常笨重,不能用作武器。1953年8月，苏联进行了以固态氘化锂6为热核燃料的氢弹试验,使氢弹的实用成为可能。 美国于1954年2月进行了类似的氢弹试验。英国、法国先后在50和60年代也各自进行了原子弹与氢弹试验。 中国在开始全面建设社会主义时期，基础工业有了一定的发展，即着手准备研制原子弹。1959年开始起步时，国民经济发生严重困难。 同年6月，苏联政府撕毁中苏在1957年10月签订的关于国防新技术协定，随后撤走专家，中国决心完全依靠自己的力量来实现这一任务。中国首次试验的原子弹取"596"为代号,就是以此激励全国军民大力协同做好这项工作。1964年10月16日，首次原子弹试验成功。经过两年多，1966年12月28日，小当量的氢弹原理试验成功；半年之后,于1967年6月17日成功地进行了百万吨级的氢弹空投试验。中国坚持独立自主、自力更生的方针，在世界上以最快的速度完成了核武器这两个发展阶段的任务。

二战中的蝴蝶效应：丘吉尔的燕子行动与希特勒破灭的原子弹之梦

1945年美国在日本广岛、长崎投下名为“小男孩”和“胖子”的两个原子弹，由此拉开二战结束的序幕。

或许多数人认为最先研发原子弹的国家是美国，其实这种想法是错误的，最早研发原子弹的并非美国，而是德国！纳粹德国元首希特勒差一步就造出原子弹，幸好最终这个研究被叫停，要不然历史或被重写。

那么为何德国的的核武研发会失败呢？为何美国快人一步抢在德国之前成功制造出人类史上第一颗原子弹呢？那就让笔者为您揭开这个谜团。

慢中子效应与减速剂

1938 年德国人奥托·哈恩发现核分裂后，物理学家开始思索连锁反应的可能性，但核分裂所释放出的中子速度极快，称作快中子，快中子不容易被铀-235 的原子核俘获而诱发核裂变，慢中子才有较大的机会被铀-235的原子核俘获而诱发核裂变，快中子的速度几乎是慢中子的四千万倍，因此想要做出连锁反应，就必须设法使快中子减速，德国人想到的减速剂是重水。

1940年纳粹德军攻陷挪威，并迅速占领挪威境内的维穆尔克水力发电厂，希特勒随即下令德军在此秘密生产重水以便建造核子反应炉。

丘吉尔的“燕子行动”

希特勒要制造新型大杀器的情报被英国间谍情报机构破获，这个消息随即到了丘吉尔的办公桌上。丘吉尔断然不会让希特勒搞出这个可怕的玩意儿，于是在其幕僚的策划下，代号“燕子”的秘密计划开始了。

丘吉尔没有使用英军，而是派遣了一支由挪威人组成的特工队来完成这项计划，计划核心是炸毁希特勒的重水提炼工厂。

1943年，特工队成功炸毁了工厂，但是给德国人造成的损失不大，工厂很快被修复，第二批重水被成功提炼后秘密运送回德国柏林。

希特勒的耐性

丘吉尔获知这个消息后非常震怒，他再次派出“燕子”，这次的目标是挪威境内的延湖的德国渡轮，因为那些重水就是利用这些渡轮运回柏林的。这一次特工队再次成功完成任务，丘吉尔美滋滋的抽着古巴雪茄的同时，希特勒却暴怒了。

希特勒显然是个没有耐性的人，当时德军入侵苏联受阻，双方打得如火如荼，两军死伤极其惨重，战局处于胶着状态。希特勒认为提炼重水旷日废时，还不知道什么时候原子弹才能被制造出来，与其把大量资金投入原子弹的制造，不如分散投入其他更快捷的武器研发之上。就这样，原子弹的研发被放弃。殊不知，当时德国的原子弹技术即将成熟，也许是冥冥注定，最终在希特勒的命令之下原子弹计划宣告破产，历史的脚步开始朝着另一个方向迈进。这个计划宣告失败后引发的“蝴蝶效应”使得世界格局出现了变化。

爱因斯坦的信

而美国却抓住了这个机遇，很快制造出世界上第一颗原子弹。著名的物理学家爱因斯坦起了至关重要的作用。

时间追溯到1939年，一批被纳粹迫害的匈牙利籍科学家流亡到美国，他们带来一个令美国人惊恐的消息，德国人正在开发一种新型秘密武器，这就是原子弹。为了让美国军方引起关注，当时声望极高的爱因斯坦亲自写信给罗斯福总统，告诉他这件秘密武器到底有多么可怕。罗斯福看到信后，深知美国如果不抢在德国人前面的话，将会遇到**烦。于是他下令紧急成立“轴委员会”来统筹有关核武器研发的相关资料。

那些流亡美国的物理学家、科学家正好可以由此机会大展拳脚，为了报仇更为了帮助美国教训希特勒，他们各自将毕生所学发挥出来。很快美籍意大利裔物理学家费米发现了比重水更好的减速剂。1942年，费米在芝加哥大学建立了名为“芝加哥一号堆”的核子反应堆，这成为核研发的里程碑。

为求目的，不惜代价！

美国为了快人一步完成原子弹，不惜花费大价钱，单是一项电磁铁项目就用掉15000吨白银，光凭这一点就看出美国人为了造出原子弹花了多少血本吧。不过，最终也获得了巨大收获，1945年7月12日，人类史上第一个原子弹成功被制造出来，代号“瘦子”。7月16日清晨，这颗原子弹在新墨西哥州的沙漠中试爆成功，**当量为21000吨TNT**。

1945年8月6日及9日，美国人将代号为“小男孩”和“胖子”的两枚原子弹投到日本的广岛与长崎，日本成为世界上第一个也是唯一一个尝过原子弹滋味的国家。方圆数十公里的地方被夷为废墟，血淋淋的见证核武器威力的同时，也开启了人类新能源的希望！

人类制成的第一座原子反应堆是如何建造起来的

人类制成的第一座原子反应堆，就是在这个运动场看台下面的网球场中建造起来。

那是1942年11月，美国芝加哥大学校园里一片冷清。由于美国卷入了第二次世界大战，学生们各奔东西，校园一时失去了昔日欢乐喧闹的气氛。

细心的人们却惊异地发现，在校园体育馆的室内网球场入口处，挂着一块醒目的牌子，上面写着“冶金技术研究所”，禁止外人人内。

其实，这里来了一批举足轻重的人物，为首的是意大利物理学家恩里科·费米，他带领一批物理学家，在这里研制原子反应堆。

早在1939年1月，国际理论物理学年会上，费米得知德国的物理学家哈恩发现了铀核裂变现象。

当时，费米十分震惊，他似乎已预感到它的重大价值：铀核俘获一个中子后，会分裂成两个大致相等的部分。这样，如果铀核每次裂变放出一个以上中子，将又会引起下一次裂变。如此循环，就有可能发生链式反应。

继而，费米又计算出铀核分裂可能释放出令人难以想像的巨大能量。

接着，费米继续进行着他的实验。运用先进的回旋加速器，证实了链式反应的可能性，而且反应速度极快，前后两次反应的时间间隔仅为五十万亿分之一秒。

而对如此的成就，费米激动不已。他认为一旦能够人为地控制铀核裂变的速率，链式反应自动持续下去，它将会在极短的时间内释放出巨大能量!人类将会开辟出新的能源!

只是，促使铀核裂变要形成链式反应的关键在于中子。然而，在绝大多数情况下，中子释放速度极快，很难被铀核“俘获”。

要解决这一问题的关键，是找到一种减速剂，使中子被释放出来之后运动速度变慢，让铀核俘获，从而导致下一次裂变。

几经大量的实验和探索，费米等人终于找到了理想的减速剂——纯石墨。

实验得到了根本性的突破后，费米带领一批物理学家在芝加哥大学的网球场内，要建造世界上第一座原子反应堆。

根据设计要求，反应堆长近10米，宽9米，高6.5米，总重量1400吨，一层石墨一层铀，总共57层，其中有56吨天然金属铀和氧化铀。看上去，反应堆就像偏球形的“炉灶”。

在这个“炉灶”里，还插着一根特制的镉棒。它能吸收中子，只要调节它的深入尺寸，就可以控制裂变反应速率。

为了预防事故的发生，科学家们采取了几套预防措施，将反应堆内控制棒分3组：一组是电动的自动控制棒；另一组是用绳子拴着一个重物的紧急安全棒，当发生意外故障时，立即砍断这根绳子，使安全棒迅速掉人堆内；最后一组是一根控制棒，移动这根棒可以使链式裂变反应开始发生、加速或停止。

1942年12月2日，原子反应堆试运转，大家都在紧张地为此准备着。

费米抬起手腕看了一下表，9时45分。他大声喊道：“大家注意，现在启动反应堆。”

此时此刻，在场的所有人员的注意力都集中在“炉灶”上，等候费米的命令。

15分钟后，费米下达命令：“抽出控制棒!”

当把镉棒慢慢地向外抽出一些时，只听得计数器“咔咔咔”的声响越来越快——铀核裂变开始了!只是声音不稳。

到了下午3时20分，费米再次下命令：“再把控制棒往外抽一英尺!”

3分钟后，计数器的“咔咔”声终于变成了稳定的响声。反应堆达到临界点，人类历史上第一次核的链式反应开始自持地进行了……

它以小于0.5瓦的功率运行28分钟。

费米主持的世界上第一座核反应堆的成功运转，标志着人类进入了原子能时代。

这一反应堆，人们还叫它“芝加哥一号”反应堆。

其实，在反应堆里，铀原子受到慢中子的轰击，发生核裂变，产生大量的能量，可以用来发电，产生高温，这就是核电；当能量集中、短时间突然释放出来时，就产生大**，这就是原子弹。