一、与核能“零距离”
看不到的世界
“核”是原子核的意思，原子核是什么呢？它是构成物质的微粒。科学家告诉我们物质是由分子构成，分子是由原子构成，原子是由原子核和核外带负电的电子构成；而再往下，原子核又是由带正电荷的质子和不带电的中子构成；再往下呢，还有夸克等等。没有哪个人可以很肯定地说，“哦！我找到了物质组成的最小单元。”因为这个问题就像问“宇宙的边界在哪里”一样没有答案，但科学家正在努力寻找物质组成的最小微粒。
通常我们把这些像分子、原子、质子、中子、电子、夸克等肉眼看不到的小粒子统称为微观粒子。现在发现和命名的微观粒子有很多很多，如中微子、玻色子、π介子、强子等等。别小看微观世界的这些粒子，它们平时看上去很文静，可是适当的时候它们爆发的能量却大得惊人。
静止而又运动着
看看我们身边的每一样东西，其实里面充满了微观粒子，肉眼看上去静止的宏观物质，组成它的粒子也是静止的吗？其实不然。
物理学中著名的布朗运动可以说明这一点。我们也可以来做个类似的布朗运动实验：把墨汁用水稀释后取出一滴放在显微镜下观察，可以看到悬浮在液体中的小碳粒不停地做无规则的运动，而且碳粒越小，这种运动越明显。因为大量的液体分子不停地做运动，就会碰撞墨汁的碳微粒，使得碳微粒不停地运动。这就好比在十分拥挤的人群里，人群中的一个人会被推来推去一样。这些悬浮颗粒的无规则运动叫布朗运动，只不过当时布朗用的是花粉颗粒。布朗运动可以间接反映组成物质的分子在不停地做杂乱无章的运动。
物质有固体、液体、气体三种形态，分子之间的距离从固体到气体依次增大。气体可以到处飘，可以认为是分子运动的结果，液体的流动也可以解释为分子的运动，而固体呢？既不能飘也不能流。为什么物质分子都在不停运动但是不同形态有不同的运动结果呢？
原来组成物质的分子与分子之间存在相互作用力，这种力量很奇妙，当分子间距离大到一定时，作用力就非常小了；当减小距离，分子间就有相互的吸引力，这个力量使得物质分子不易脱离物质这个整体，而且距离较小分子就越不能挣脱，所以固体没有液体容易形变。这个道理就好比一群人站得很开，人与人之间没有约束，其中一个人就可以到处运动；而让这群人手牵手，那么其中一个人只能在一定范围内运动；如果叫这群人紧紧地抱成一团，那这个人就几乎不能动弹了。
这样看来物质本身是有能量的，起码有分子运动所具有的动能和相互吸引所具有的势能。我们知道物质从固体到液体到气体都与热量和温度有关，这正反映出能量的关系，分子吸收热能转化成自己的动能，运动剧烈就可以克服分子束缚由固体变成液体，或从液体变成气体了。也就是说，分子与分子想分开就需要能量，反之，当减小分子间的距离使物质从气体变到液态或固态，这个过程就可以释放能量。在冬天我们经常看到，室内的水蒸气与较冷的窗玻璃接触，水蒸气的能量以热量的形式释放并被玻璃吸收，气态的水就成了窗玻璃上的水滴了。物质分子分开和压紧引起的物质状态变化包含着能量的转变。
分分合合中的能量
分子间的微观关系让我们浮想联翩，其实有更多的微观关系也是类似的。
譬如说组成分子的原子与原子的关系，我们也可以通过某种方式打开每一个组成物质的分子再形成另一种物质。打开分子，这同克服分子间的作用力一样需要能量去打开化学键，即连接原子与原子之间的相互作用力。一般我们把这样的实现归为化学学科的知识，如把水分解成氢气和氧气的化学过程，打开化学键需要额外的能量，像之前提到的电解水、光解水，但是反之，让氢气和氧气结合生成水的同时也给我们带来足够的热能。
一般情况下，一种原子定性是通过看原子核具有多少个质子，比如说氢的原子核里面有1个质子，那么有1个质子的原子就叫氢子。我们知道原子核是由质子和中子构成，这样就可能出现质子数相同但中子数不同的原子，如自然界存在只有1个质子的氢，也有1个质子1个中子的氢，还有1个质子2个中子的氢，为了区别它们就叫做氢的同位素，并分别给它们取名为氢、氘、氚。
原来人们从来没有想到过要不要把这些固定质子数的原子核拿来分或合，比如说用两个氢原子核合成一个氦原子核，或者把一个氦原子核分成两个氢原子核。那是因为在自然界中这样发生的具体实例几乎没有，也许它只能这样存在吧。
我们知道科学研究离不开科学事实，水随温度的状态变化让我们研究出了液化、气化和凝固等科学规律；物质燃烧等现象让我们得到分子合成可以释放能量。没有科学事实无从入手。直到有一天放射性现象的发现才打开了探索原子奥秘的大门。的确，原子核可以打开或是重组，虽然条件很苛刻，但是人们还是把它实现了。而且更让我们惊讶的是，这样分分合合中的能量远比通过改变分子间距实现状态变化中的能量和打开分子重组的化学反应中的能量大很多很多，后来我们把原子核变化过程中释放的能量就叫做“核能”。
把上面关于分分合合的理论用科学家的话来表述就是：任何两个物体吸引在一起时都要释放能量，而且吸引力越强，释放的能量就越多。反之，分开就需要能量。
二、核电！核战！
有人把核能比做魔鬼，因为核能具有巨大无比的力量，释放时，瞬间会毁灭整座城市，杀死所有生灵。第二次世界大战以前，科学家并不知道核能的作用有多大，只知道自然界的核能一直被封闭在小小的原子核中，千万年来，它一直无所作为。但是，科学家早就预测，这种能量一旦释放，将会给人类带来毁灭性灾难。
好像阿拉伯神话《一千零一夜》中讲的“瓶子中的魔鬼”的故事，一旦瓶子中的魔鬼被释放出来，世界将不得安宁。一个聪明的孩子又把魔鬼骗进瓶子，迫使魔鬼老老实实地听他的话，去完成孩子交给的任务。
“二战”后期，核能这个“魔鬼”已被释放出来了，两颗原子弹爆炸，显示出了无比的威力。怎样才能把核能这个“魔鬼”装进特制的“瓶子”里，让它老老实实地为人类服务呢？为此科学家动了许多脑筋。尽管这个“魔鬼”有时会跑出来伤害人类，但最终还是被科学家牢牢地锁在特制的牢不可破的“瓶子”中。看了下面的内容，你就会觉得，人类降服核能“魔鬼”的道路是多么艰难、曲折和有趣。你也一定会相信，要降服“魔鬼”，就得比“魔鬼”更聪明。
核能与核电
我们知道，把核能变成核电是利用核能的最佳途径。核电由来已久，属于新能源，“二战”以后与煤电、水电一起构成世界电源的三大支柱。它为世界能源发展做出了重大贡献。由于它有许多不可替代的优点，近年很多国家开始核电项目，特别是新兴的发展中国家，把发展能源的目标转向核电。在60多座正在兴建或立项的核电站中，有2/3在亚洲；到2030年，全球核电市场比例有望从现在的16%提高至27%。
核电实际上是一种高科技替代能源。目前全世界已有201家核电厂，共有442座正在运行的核反应堆机组分布在31个国家。其中，拥有核电反应机组前3位的美国、法国、日本分别拥有104、58和55座反应堆机组，占了全球反应堆机组总数的半壁江山。在欧洲，核电比重达到发电量的34%，其中法国核电最多，占总发电量的80%。像比利时这样的小国，人口比北京人口还少，只有1050万人，然而却拥有2座核电厂。专家认为，核能是解决能源危机最为现实最为快捷的手段之一，到2030年，全世界将有600座新的核电站投入使用。
核能与战争
技术是把双刃剑，它可以造福人类，也可以给人类带来灾难。核技术的发展从一开始就和战争联系在一起。中国核技术的发展从一开始就和反对国外核讹诈联系在一起。
什么是“两弹一星”？许多人把“两弹一星”解释为原子弹、氢弹与人造地球卫星。这是误解。其实，“两弹一星”最初是指原子弹、导弹和人造卫星。“两弹”中的一弹是指原子弹，后来演变成原子弹和氢弹的合称，也可叫做“核弹”；另一弹指的是导弹。当时我国领导人认为，为了反击帝国主义国家的核威胁，我国必须具有快速反击的核力量，因而在研制原子弹的同时，必须开展导弹研制。“一星”则是指人造地球卫星。
20世纪五六十年代，对于我国来说是极不寻常的时期。面对严峻的国际形势，为抵制帝国主义的武力威胁和核讹诈，以毛泽东为核心的党中央领导集体，根据国际形势，为了保卫国家安全，维护世界和平，高瞻远瞩，果断地做出独立自主研制“两弹一星”的战略决策。大批优秀的科技工作者，包括许多在国外有杰出成就的科学家，怀着对新中国的满腔热爱，响应党和国家的召唤，义无反顾地投身到这一神圣而伟大的事业中来。
他们和参与“两弹一星”研制工作的干部、工人、解放军指战员一起，在经济、技术基础薄弱和工作条件十分艰苦的情况下，自力更生，发愤图强，完全依靠自己的力量，用较少的投入和较短的时间，突破了原子弹、导弹、氢弹和人造地球卫星等尖端技术，取得举世瞩目的辉煌成就。他们为我国国防核军事力量的建立及民用核能源的发展打下了坚实的基础。
三、能锁住“魔鬼”的核反应装置
原子弹、氢弹有如此大的能量，能否用来为人类服务呢？“二战”后，科学家一直为此努力，目的是把核爆炸反应变成可控的，用其巨大能量为人类服务。
1.原子及原子核
世界上一切物质都是由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的。原子核包括质子和中子，质子数决定该原子属于何种元素，原子的质量数等于质子数和中子数之和。如一个铀-235原子是由原子核和92个电子构成的。如果把原子看做地球，那么，原子核就相当于一只乒乓球大小。虽然原子核的体积很小，在一定条件下却能释放惊人的能量。
2.同位素
质子数相同而中子数不同，或者说原子序数相同而原子质量数不同的一些原子，被称为同位素。它们在化学元素周期表上占据同一个位置。简单地说，同位素就是指某个元素的各种原子，它们具有相同的化学性质，按质量不同通常可以分为重同位素和轻同位素。也可以说，同位素同属于某一化学元素，其原子具有相同数目的电子和质子，却有不同数目的中子。例如氕、氘和氚，原子核中都有1个质子，但是它们的原子核中分别有0个中子，1个中子及2个中子，所以它们互为同位素。就好像三兄弟，小弟弟氕身体最轻，身体内只有一个质子，原子核外只有一个电子旋转。老二体内多了一个中子，体重增加1倍，老大体内多了两个中子，体重增加两倍。
具体说，氢同位素如下：
自然界中氢以1H、2H、3H三种同位素的形式存在。
氕。原子质量为1，是普通的轻氢同位素。它是氢的主要成分。我们通常说的氢气就是这种成分。
氘。原子质量为2，是普通轻氢的2倍，又称“重氢”，它少量地存在于天然水中，用于核反应。
氚。原子质量为3，即“超重氢”。它具有放射性。它自然界中存在极微，从核反应制得，主要用于热核反应。
3.铀的同位素
铀是自然界原子序数最大的元素。天然铀的同位素主要是铀-238和铀-235，它们所占比例分别为99.3%和0.7%。除此之外，自然界还有微量的铀-234。铀-235原子核完全裂变放出的能量是同量煤完全燃烧放出能量的27万倍。
4.重核裂变——原子弹链式反应
重核裂变是指一个重原子核分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放巨大能量。例如，当用一个中子轰击铀-235的原子核时，它就会分裂成两个质量较小的原子核，同时产生2～3个中子和β、λ等射线，并释放出约200兆电子伏特的能量。如果再有一个新产生的中子去轰击另一个铀-235原子核，便引起新的裂变。以此类推，裂变反应不断地持续下去，从而形成裂变链式反应，与此同时，核能连续不断地释放出来。
5.轻核聚变——氢弹聚变反应
所谓轻核聚变，是指在高温高压下氢核同位素氘核与氚核结合成氦，放出大量能量的过程，也称热核反应。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力，因此在一般的温度和压力下，很难发生聚变反应。而在太阳等恒星内部，压力和温度极高，就使得轻核有了足够的动能克服静电斥力而发生持续的聚变。
氢弹是利用氘、氚原子核的聚变反应瞬间释放巨大能量这一原理制成的，但它释放能量有着不可控性，所以有时造成极大的杀伤破坏作用。目前正在研制的“受控热核聚变反应装置”也是应用轻核聚变原理，由于这种热核反应是人工控制的，可用做能源。
6.可控核反应发电站——核电站
与火电厂相比，核电站是非常清洁的能源，不直接排放有害物质，也不会造成温室效应，能改善环境质量，保护人类赖以生存的生态环境。
