物理世界奇遇记-第25章

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像一滴太大的水银那样分成较小的液滴了。重原子核具有这种不
稳定性的事实，使人们想到应该怎样解释为什么自然界中只有92
种元素的问题。事实上，任何一种比铀更重的元素都无法存在很
久，它们会立即自发地分裂成许多小得多的碎片，而且不需要任
何外来的刺激。
　　从实用的观点看，核裂变现象是很有意义的，它可能成为核
能源：当重核分裂时，它们会以辐射和快速运动粒子的形式发射
出能量。在被发射出的粒子当中，有一些是中子。它们可以进一
步引起邻近原子核的裂变，而后者又能够导致更多中子的发射，
产生更多次的裂变，也就是发生所谓的链式反应。只要铀原料足
够多（我们称之为临界质量），被发射出的中子便有足够高的概
率去击中其他原子核，并引起下一轮的裂变，从而使裂变过程自
动持续下去。事实上，这可能演变成一种爆炸性的反应，在几分
之一秒的时间内就把贮藏在那些原子核里的能量统统释放出来。
这就是第一颗原子弹所依据的原理。
　　但是，链式反应并不一定会导致一场爆炸。在严格控制的条
件下，这种过程也可以有节制地持续进行下去，同时稳定地释放
出一定数量的能量。这正是核电站里发生的情形。
　　像铀这类重元素的核裂变，并不是开发原子核能的惟一途径，
在利用原子核能方面，还有一种完全不同的办法。这就是把最轻
的元素（如氢）合成比较重的元素。这种过程称为核聚变反应。
　　当两个轻原子核相接触时，它们会像小盘上的两小滴水银一
样，聚合在一起，这种情形只有在非常高的温度下才能够发生，
要不然，静电斥力就不允许互相靠近的轻原子核彼此发生接触。
但是，当温度达到几千万摄氏度时，静电斥力已不再能阻碍轻原
子核互相接触，于是，聚变过程就开始了。最适合于聚变反应的
原子核是氘核，这就是重氢的原子核。重氢是很容易从海水中提
取的。



　　现在也许大家会觉得奇怪：为什么聚变和裂变都能够释放出
能量呢？要点在于，中子和质子的某几种组合要比其他组合束缚
得更牢固一些；当从束缚得较松散的组合变成核子束缚得更有效
的组合时，就有一些多余的能量可以释放出来。原来，重的铀原
子核是束缚得相当松散的；所以它能够通过分裂成较小的群组而
转变成若干个更牢固的组合。而在周期表的另一端（轻元素的那
一端），却是核子的较重的组合，束缚得比较牢固。例如，由两
个质子和两个中子组成的氦原子核就束缚得异常牢固。因此，如
果能设法迫使几个分开的核子或氘核发生碰撞而结合成氦时，就
会有一些能量可以释放出来。
　　氢弹就是根据这个原理制成的。在氢弹爆炸时，氢通过包括
聚变在内的一些反应转变成氦，这时所释放出的能量要多得多，
因此，氢弹的威力也要比靠裂变造出的第一代核武器大得多。遗
憾的是，科学家们已经证明，要想和平使用氢弹的威力，其困难
也要大得多——在建成利用聚变能量的民用核电站以前，还有很
长的路要走！
　　不过，太阳却毫无困难地做到了这一点。氢不断连续地转变
成氦是太阳的主要能源。过去，太阳已经成功地以稳定的速率把
这种反应维持了50亿年，将来，它还会再把它维持50亿年。
　　在质量比太阳更大的恒星上，由于其内部温度更高，便发生
了许多更进一步的聚变反应，这些反应把氦转变成碳，把碳转变
成氧，等等，等等，直到变成铁元素为止。到了铁以后，从聚变
反应就得不到什么可用的能量了（在中等质量的元素里，核子的
束缚比较牢固）。因此，要想得到有用的能量，就只好指望相反
的过程——像铀这类重原子核的裂变了。


　　　　　　　　　　１３　老木雕匠


　　那天晚上，汤普金斯先生听完演讲回到家里，发现慕德已经
上床睡着了。他给自己冲了一杯热的巧克力，在她身旁坐下，回
想着那篇演讲的内容。他特别想起同原子弹有关的那部分。核毁
灭的威胁一直使他感到十分不安。
　　“这种事可不能发生，”他默默地想着，“我可得当心，要
不，我一定会做噩梦的。”
　　他放下喝空的杯子，关了灯，挨着慕德躺下，很幸运，他的
梦并不全都是不愉快的……
　　汤普金斯先生发现自己在一个作坊里。作坊的一侧有一张长
长的木质工作台，上面摆着些简单的木匠工具。在那靠在墙边的
老式橱架上，他发现大量各种各样奇形怪状的木雕品。一个看来
挺和善的老头正在工作台边干活，汤普金斯先生在更仔细地观察
他的相貌以后，他觉得这个老头既像迪斯尼的《木偶奇遇记》中
那个格佩托老头，又像教授实验室的墙上挂着的那幅已故的卢瑟
福的照片。



　　“请原谅我的打扰，”汤普金斯先生冒昧他说，“我注意到，
你长得很像卢瑟福爵士——就是那位核物理学家。你们是不是碰
巧有什么亲戚关系呢？”
　　“你为什么问这个？”老头说，他把他正在雕刻的那块木头
放在一边，“你是不是想说，你对核物理学很感兴趣？”
　　“事实上，正是这样。”汤普金斯先生回答道，然后又谦虚
地补充了一句，“我不是专家，我应该赶快声明……”
　　“那么，你来得正是地方。我正好在这里制造各种原子核，
我很乐意让你看看我这个小作坊。”
　　“你说你在制造原子核？”汤普金斯先生相当惊讶地说。
　　“正是这样。自然，这需要有一些技巧，特别是在制造放射
性原子核的场合下，因为它们可能在你来得及把它们涂上颜色以
前，就已经分裂开了。”
　　“把它们涂上颜色？”
　　“是的，我把带正电的粒子涂上红色，把带负电的粒子涂上
绿色。你大概已经知道，红色和绿色是所谓‘补色’，如果把这
两种颜色混在一块，它们就会相抵消。这正好同正、负电荷相互
抵消相对应。如果原子核由等量来回迅速运动的正、负电荷所组
成，它就应该是电中性的，在你看来，它就应该呈白色。但是，
如果正电荷或负电荷多一些，整个系统就会带点红色或带点绿色。
这很简单，不是吗？”

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　　原作者注：读者必须记住，这里所说的颜色的混合只是指
色光的混合，而不是指颜料本身的混合。如果我们把红色和绿
色颜料相混合，就只能得出一种混浊的颜色。但是，如果我们
把陀螺一半涂红色，一半涂绿色，然后让它迅速地自转，那么，
我们就会看到它呈白色。
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　　“瞧，”老头让汤普金斯先生看桌边的两个大木盒，继续说
道，“这就是我保存原料的地方，用这些原料可以制造出各种原
子核。第一个盒子里放的是质子，也就是里面的红球。它们是非
常稳定的，永远保持红色，除非你用刀子或旁的什么东西把颜色
刮掉。让我担心得多的是第二个盒子里的所谓中子。它们在正常
情况下是白色的，或者说是电中性的，但是，它们非常倾向于变
成红色的质子。只要这个盒子盖得严严实实，一切就保持正常；
但是，你一旦把它们拿出一个来，你就看看会发生什么事情吧。”
　　那个老木雕匠打开盒子，拿出一个白球放在工作台上。在那
一刹那，似乎什么事情也没有发生，但是，汤普金斯先生刚刚丧
失了等它起变化的耐心，那个球却突然变活了。在它的表面上呈
现出一些不规则的红、绿条纹，有那么一会儿，那个球看来就像
是孩子们非常喜爱的那种带色的玻璃弹球。然后，绿色逐渐集中
到球的一侧，最后完全和那个球分离，形成很绚丽的一滴绿点，
掉落在地板上。那个球现在整个变成红色，同第一个盒子里的任
何一个红色质子都毫无区别了。



　　“你已经看到发生什么事情了，”他说，一面把那滴绿色的
颜料捡起来——现在它已经变得很硬很圆了，“中子的白色分解
成红色和绿色，这样，这整个球就分裂成３个独立的粒子，１个
质子和１个带负电的电子。”
　　“对了，”他看着汤普金斯先生脸上那惊异的表情，补充说，
“这个翡翠色的粒子不是别的，而恰恰是个普通的电子，它同原
子中或别的地方的电子是完全相同的。对了，还有一个中微子。”
　　“还有什么？”汤普金斯先生间道，他显得十分困惑。“对
不起，你最后提到的是什么，你能再说一遍吗？”
　　“是中微子，”老木雕匠重复了一遍，“它跑到那里去了，”
他指着另一端的墙壁补充说，“难道你没有注意到它？”
　　“是的，是的，现在我看见它了，”汤普金斯先生急忙答道。
“但是，它跑到哪里去了？我再也看不见它了。”
　　“哦，中微子是种非常滑溜的东西。它能穿过一切物体：关
着的门啦，坚硬的墙啦，它都能穿过去。我可以打发它直接穿过
整个地球，让它从另一侧飞出去。”
　　“啊哈！”汤普金斯先生惊叹他说，“这肯定比我看到过的
任何一种变彩色手帕的戏法高明多了。但是，你还能够把颜色变
回来吗？”
　　“能，我可以把绿颜料再揉回这个红球的表面上，让它再一
次变成白的，不过，这当然需要花费一些能量啦。还有一种做法
是把红色的颜料刮掉，这同样要用掉一些能量。这时，从质子表
面刮下来的颜料会形成一滴红颜料，这是一个正电子，这种粒子
你大概已经听说过了。”
　　“是的，当我自己是个电子的时候……”汤普金斯先生起初
这样说，但他很快就纠正了自己的话，“我是说，我听说过，当
正电子和负电子碰到一块的时候，它们就会互相湮没而消失掉，”
他说，“你也能给我变变这种戏法吗？”
　　“哦，这是很简单的事，”老头说，“不过，我不想费牛劲
去把颜料从这个质子上刮下来，因为我上午工作的结果，这里还
多出两个正电子哩。”
　　他拉出一个抽屉，拿出一个微小的、明亮的小红球，他用大
拇指和食指把它牢牢地捏住，然后放在台子上那个小绿球的旁边。
这时发出了一声尖锐的、像鞭炮爆炸那样的响声，那两个小球一
下子全消失了。
　　“你看到了吗？”木雕匠说，一面向他那几个被轻微烧伤的
指头上吹气。“这就是为什么不能用电子来制造原子核的原因。
我曾经一度想这样做，但完完全全地失败了。现在我只有采用质
子和中子。”
　　“可是，中子同样是不稳定的，不是吗？”汤普金斯先生问
道，他还没有忘记老头的上一个表演。
　　“当中子单独存在时，它们是不稳定的。但是，当把它们紧
紧地塞入原子核中，并把别的粒子放在它们周围时，它们就变得
非常稳定了。不过，要是中子或质子相对说来大多了，它们就会
自己发生转化，这时，多余的颜料就会以正电子或负电子的形式
从原子核中发射出来。我们把这样一种调整方式叫做β衰变。”
　　“在制造原子核时要用胶水吗？”汤普金