自日本9.0級(jí)大地震誘發(fā)福島核電站危機(jī)以來(lái)，核泄漏,、核輻射,、核安全,、核恐慌……眾多以“核”為關(guān)鍵詞的討論聲浪，在人們心中卷起層層陰云,，乃至流言四起,，甚而有人擔(dān)心起毀滅性的核爆炸。

借用日本作家村上春樹(shù)作品《當(dāng)我談跑步時(shí),，我談些什么》的書(shū)名,，我們不妨自我發(fā)問(wèn)，當(dāng)我們談?wù)摗昂恕睍r(shí),，我們究竟談些什么,？原子核，對(duì)大多數(shù)人而言,，依然既熟悉又陌生,。

日前，南開(kāi)大學(xué)舉辦科普講座,，院士專(zhuān)家先后登臺(tái)為學(xué)子和公眾“科普解惑”,。

95歲高齡的中國(guó)科學(xué)院院士、南開(kāi)大學(xué)教授申泮文登上講壇,，以“核輻射離我們有多遠(yuǎn)”為主題,，以化學(xué)家的眼光和視角，深入淺出地介紹核知識(shí),，并解析福島核電站危機(jī)中的重重疑云,，以期揭開(kāi)包裹在“核”之上的神秘面紗。

申泮文從原子核裂變反應(yīng)所需的基本元素鈾說(shuō)起,。鈾是元素周期表中第92號(hào)元素,，意味著鈾原子核內(nèi)有92個(gè)質(zhì)子。這個(gè)在自然界中能找到的最重元素,，天然存在著三種同位素,，占0.0056%的鈾-234，0.718%的鈾-235以及99.27%鈾-238,。

第二次世界大戰(zhàn)之前,，在德國(guó)工作的奧地利女科學(xué)家邁特納與其老師奧托·哈恩等人發(fā)現(xiàn)了原子核裂變反應(yīng)，其中包括鈾-235與一個(gè)中子相撞之后裂變?yōu)閮蓚€(gè)原子的現(xiàn)象,。

鈾-235發(fā)生裂變,，必須吸收一個(gè)運(yùn)動(dòng)速度較慢的中子，讓它慢慢地“溜”到原子核中,。生成的鈾-236不穩(wěn)定,，立刻就分裂成兩個(gè)原子。92號(hào)元素鈾的分裂過(guò)程中，包含幾個(gè)重大問(wèn)題,。

首先,，鈾-235分裂成質(zhì)子數(shù)之和為92的兩個(gè)原子，變成兩種元素,。例如,，可以分裂成鋇（Ba，質(zhì)子數(shù)56）和氪（Kr,，質(zhì)子數(shù)36）,；氙（Xe,， 質(zhì)子數(shù)54）和鍶（Sr,，質(zhì)子數(shù)38）；銻（Sb,，質(zhì)子數(shù)51）和鈮（Nb,，質(zhì)子數(shù)41）；碘（I,，質(zhì)子數(shù)53）和釔（Y,，質(zhì)子數(shù)39）等等。而這些元素的同位素,，通常具有放射性,，有的放射壽命很長(zhǎng)，有的則較短,。媒體中提到的碘-131,，就是裂變之后產(chǎn)生的一種放射性很強(qiáng)的碘同位素，會(huì)對(duì)人體造成放射性污染,。

其次,，裂變產(chǎn)生的兩個(gè)新原子核，其質(zhì)量之和少于原來(lái)鈾-235的原子核質(zhì)量,，質(zhì)量虧損將轉(zhuǎn)變?yōu)榫薮蟮哪芰?。依照?ài)因斯坦的質(zhì)能方程，其產(chǎn)生的能量相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱的百萬(wàn)倍,。由此,，“裂變能”成為原子彈的基礎(chǔ)，也是原子能裂變反應(yīng)堆放熱的依據(jù),。

同時(shí),，在裂變反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生2到3個(gè)多余中子，經(jīng)過(guò)一定控制,，將其速度減慢后則又可以“鉆進(jìn)”鈾-235原子核中,。這樣一來(lái)，就將引發(fā)原子核分裂的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，又叫“雪崩式反應(yīng)”,。這同樣是原子彈所必需的條件,。而對(duì)核電站而言，則需要控制中子,，用控制材料“吃掉”中子以減少“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”,，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的熱量，這是原子能反應(yīng)堆的基本原理,。

除此之外,，核裂變反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生輻射，為了不讓放射性裂變材料飛逸出來(lái)造成污染,，因此核電站的整個(gè)反應(yīng)堆都必須密閉,。

申泮文在講座中提到，他對(duì)原子核裂變反應(yīng)的關(guān)注,，始于1945年8月美軍在日本上空投下的兩顆原子彈,。

原子彈的威力震驚了整個(gè)世界。因核裂變反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生了重大影響,，諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)在1945年11月15日宣布,，將1944年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予德國(guó)放射化學(xué)家和物理學(xué)家哈恩，而猶太人邁特納則未獲提名,。申泮文介紹說(shuō),，科學(xué)界沒(méi)有忘記邁特納，1994年,，國(guó)際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)通過(guò)決議,，將第109號(hào)元素命名為Meitnerium，以紀(jì)念核物理學(xué)家邁特納,。

二戰(zhàn)結(jié)束之后,，各國(guó)漸次開(kāi)始對(duì)原子能和平利用的探索研究。利用核裂變能量發(fā)電,，是迄今最為重要的利用方式,。申泮文打開(kāi)一張“壓水型原子裂變堆示意圖”，解釋核電站的核心結(jié)構(gòu)部件及其運(yùn)行原理,。

由安全殼包裹的燃料棒,、控制棒、重水,、冷凝器,、水泵、蒸汽與冷熱水循環(huán)系統(tǒng)等,，構(gòu)成反應(yīng)堆的“核島”,。

熔點(diǎn)高達(dá)2800攝氏度的二氧化鈾經(jīng)高溫,、高壓熔接形成鈾棒，作為核反應(yīng)堆的燃料棒,。其中所含鈾-235是經(jīng)離心機(jī)等裝置特別提煉濃縮而成,，二氧化鈾僅占到整個(gè)鈾燃料棒的3%到4%。鈾-235發(fā)生核裂變反應(yīng),，產(chǎn)生核電站發(fā)電所需熱量,。

在反應(yīng)堆中，控制棒是“吃”中子的材料,，通常由金屬鎘或者硼的合金制成,，通過(guò)對(duì)中子的吸收來(lái)控制核裂變“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”的速度，從而穩(wěn)定釋放“裂變能”,。在福島核電站危機(jī)發(fā)生后,，日本方面通過(guò)直升機(jī)向反應(yīng)堆噴水的同時(shí)噴撒硼酸，正是試圖用硼自然吸收中子,。

核裂變產(chǎn)生的能量需要被水吸收,，從而轉(zhuǎn)化為水蒸氣攜帶的熱能,。由此,，燃料棒、控制棒和水,，均被耐高壓材料金屬鋯制成的外殼,，密封在反應(yīng)堆“核芯”內(nèi)。這樣構(gòu)成的一個(gè)“鍋爐”,，需要由控制棒操縱機(jī)將水蒸氣溫度保持在300攝氏度,，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定溫控制。另一方面,，300攝氏度的水蒸氣在密閉殼內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)將接近86個(gè)大氣壓,，這成為反應(yīng)堆的風(fēng)險(xiǎn)之一。

“壓水堆”類(lèi)型的核反應(yīng)堆,，水在其中充當(dāng)傳熱介質(zhì)以外,，還有一個(gè)重要作用是作為中子的“減速劑”。中子與水中的氫原子質(zhì)量相當(dāng),，二者在碰撞中可以使得中子變慢,，進(jìn)而得以被鈾-235吸收持續(xù)發(fā)生鏈?zhǔn)胶肆炎儭?/div>