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如果有人告訴你,殺死了廣島十萬人的原子彈真正轉(zhuǎn)變成能量的物質(zhì)只有一克,你會不會驚訝?因為這是事實,如果你不相信,下文簡單給你敘述一下。1克質(zhì)量虧損:2萬噸TNT當(dāng)量投擲在廣島的那顆原子彈叫做小男孩,是一顆槍機式鈾裝藥的原子彈,簡單地說就是引
如果有人告訴你,殺死了廣島十萬人的原子彈真正轉(zhuǎn)變成能量的物質(zhì)只有一克,你會不會驚訝?因為這是事實,如果你不相信,下文簡單給你敘述一下。
1克質(zhì)量虧損:2萬噸TNT當(dāng)量
投擲在廣島的那顆原子彈叫做小男孩,是一顆槍機式鈾裝藥的原子彈,簡單地說就是引爆時候?qū)蓧K鈾裝藥合在一起,然后中子發(fā)生器一頓亂射,鈾裝藥中高濃度的鈾-235開始發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),釋放出了人類有史以來掌握過的最大能量。
瞬間一個比太陽亮數(shù)千倍的火球在廣島市500米上方崩裂開來,首先抵達的光輻射、伽馬射線與X射線,直接將數(shù)公里范圍內(nèi)的物體表面“剝?nèi)ァ币粚樱?0千米內(nèi)直視將會致盲,然后到達的是中子輻射,這個初期無感,但會破壞人體DNA,大劑量照射的人們將不會再更新細胞,會以最痛苦的方式死去。
最后到達的是沖擊波,中心氣壓達到了數(shù)十萬個大氣壓,引發(fā)了極為強烈的沖擊波,以摧枯拉朽之勢將周圍一切夷為平地,1千米的水泥前足悉數(shù)被毀,2千米范圍內(nèi)的木結(jié)構(gòu)全部倒塌,直接死亡與引發(fā)火災(zāi)等死傷人數(shù)超過十萬。
這顆原子彈鈾裝藥為50千克,只有2%的鈾-235產(chǎn)生了裂變,大約失去了約1克左右的質(zhì)量,質(zhì)能轉(zhuǎn)換后的能量相當(dāng)于1.5~2萬噸TNT當(dāng)量。
當(dāng)然這只是原子彈,氫彈威力更大,不過由于只計算了質(zhì)量虧損,所以從計算角度來說并沒有本質(zhì)的區(qū)別,質(zhì)量虧損到能量的計算公式是質(zhì)能方程:
愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了它,但他卻沒有發(fā)明原子彈,至于裂變與原子彈的故事,那是另一個有趣的故事開端了。
原子彈能量那么大,一個原子完全轉(zhuǎn)換成能量,究竟有多大?
我們先來定義一下一個原子的質(zhì)量,其實一個原子這種說法非常不“專業(yè)”,因為原子有很多種類,比如1個質(zhì)子的是氕,92個質(zhì)子的是鈾,不過真正92個質(zhì)子的元素卻不存在,它還需要中子來調(diào)劑下,比如鈾-235或者鈾-238,這就是這里還有143或者146個中子。
質(zhì)子數(shù)一樣的就是同一種元素,中子數(shù)不同就是不同的同位素,所以一個質(zhì)子的氕大約只有鈾-235的1/235,當(dāng)然不能這樣算,因為結(jié)合的時候會釋放結(jié)合能,導(dǎo)致質(zhì)量有所降低,而且中子與質(zhì)子質(zhì)量也有差異,但也就八九不離十,差不多理解這個意思就成,電子質(zhì)量太小,在本例中就被忽略啦。
假如以一顆質(zhì)子的氕聚變?yōu)槔?,?dāng)然一顆質(zhì)子是無法聚變的,甚至無法正反物質(zhì)反應(yīng),畢竟只有一顆么,那么純粹計算下質(zhì)能方程而已。
一顆質(zhì)子的質(zhì)量為:1.6726219 × 10^-27 千克
真空中的光速為:299792458m/s
那么能量相當(dāng)于:1.50e-10焦耳
這個能量讓電動車動不了1納米,所以盡管原子彈的能量很高,但一顆原子實在太少了,但要是使用核能的電池,一定很爽!
裝了核電池的電動車:到底能跑多遠?
各位最向往的就是這種"無限"能源,不過核電池其實也不是無限能源,但它能在幾十年內(nèi)大致以比較恒定的功率發(fā)出能量,以人類短短百年的壽命來看,基本上能管小半輩子,也差不多夠用了。
核電池原理有很多種,有熱離子轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換、熱光伏轉(zhuǎn)換與斯特林發(fā)電機,還有靜電轉(zhuǎn)換,伏特轉(zhuǎn)換.........斯特林發(fā)電機效率是比較高的,但結(jié)構(gòu)太復(fù)雜,熱電或者熱離子轉(zhuǎn)換比較省事。
比如旅行者一號用的放射性同位素?zé)犭姍C(RTG),也就是熱電轉(zhuǎn)換,使用一組熱電偶通過塞貝克效應(yīng)將合適放射性材料衰變所釋放的熱能轉(zhuǎn)換成電能,效率比較低,不過沒有活動部件,不會磨損。
旅行者一號的核電池使用半衰期為87.7年的钚-238為燃料,每年輸出的功率下降0.787%,它是1977年出發(fā)的,到現(xiàn)在已經(jīng)快45年了,因此現(xiàn)在的功率已經(jīng)不足出發(fā)時的10%,差不多沒用啦。
毅力號火星探測車用的是多任務(wù)放射性同位素?zé)崮馨l(fā)電機(MMRTG),使用的同樣是钚-238,由八臺二氧化钚-238通用熱源(GPHS)模塊,這八臺通用熱源模塊能產(chǎn)生約2千瓦的熱能,整個電池轉(zhuǎn)換模塊質(zhì)量為45千克,功率為125瓦,14年后功率為100瓦,功率密度為2.8瓦/千克。
假如裝到電動車上,能開多遠?
這樣算吧,我們常用的電瓶車大約50~100千克之間,裝備的電機功率大都在500W-800W左右,這個整備功率只有100瓦卻占用了差不多大部分重量的核電池,大約只能以5~10千米/小時的速度緩行了。
不過它卻很持久可以不充電的情況下持續(xù)開幾十年,估計能騎幾百萬千米,不趕時間的朋友也是極好的,只是這個價格實在是太高了,這個電池模塊估計是上千萬美元級別,有這個錢不如去買臺帕加尼跑車吧。
何夕林
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