原子变化让物质发生巨变

说到原子变化，一定是物理层面的问题。化学层面只研究分子、原子的重新排列。为什么要了解原子变化呢？因为它是基础的知识。比如，原子由原子核、核外电子两部分组成，原子核一般由质子和中子组成。原子核会发生核裂变、核聚变。通过对原子的研究，可以造原子弹、氢弹，这都属于物理领域，只有对原子进行深入的研究，才能更多地了解物理知识的底层规律。

把别的质子加到原子核里，原子就会发生变化。比如氢聚变成氦，氦聚变成更大的原子核。但原子核越大，需要聚变的温度会越高。就我们已知的原子变化而言，铁是聚变过程中宇宙能产生的终极元素。恒星的归宿、很多行星的内核、地球中心大都是铁元素。

之所以说铁是终极元素，是因为这种原子核的势能（原子核的一种能量）是最低的，其他的原子核的势能都比它高。这种势能有一个特性，能量越低越稳定。能量都是从高能量往低能量走，就像水往低处流一样。

铁原子核的势能最低，意味着如果把铁变成其他物质，得给它输入能量。反过来，别的物质变成铁，会释放能量。原子弹裂变释放能量之后，如果最终变成了铁，就不再释放能量了。

说到这儿，相信大家已经对于原子的变化有了一定的了解。接下来，咱们再通过几个小问题来加深一下印象吧！

核裂变是怎么回事？

裂变，简单说来，就是质量较大的原子，维持不住原来的状态，分裂成几个较轻的原子，在这个过程中会释放能量。但能量是有上限的。

举个例子，铀有三种同位素（质子数相同但中子数不同的同一种元素），铀235、铀234、铀238，它们的中子数不一样。正常情况下，容易衰变的就是铀235，原子弹爆炸的威力主要就是靠它。

其实，地球上最厉害的核武器叫作氢弹。氢弹的内核是原子弹，外壳则是由铀238做的。铀238在正常情况下不会裂变，但是快中子一打它，它就裂变了。原子弹爆炸，会引起氢弹中的重氢物质发生聚变，这个过程产生的温度极高，就像一颗人造太阳。

在实际应用中，要想产生核裂变，首先要提纯核燃料。这个过程非常耗能，一般要从铀矿石里提炼、提纯，过程中要用到离心机。

可以说，核辐射主要是裂变造成的，它有巨大的放射污染。所以，核电站一旦发生核泄漏，会带来灾难性的事故。美国三里岛核电站核泄漏、苏联切尔诺贝利核电站核泄漏、日本福岛核电站核泄漏，都给人类带来了巨大的灾难。

实际上，没有爆炸的氢弹本身是没有核污染的，它的污染来自引爆它的原子弹。即使氢弹爆炸了，产生的核污染也是有限的。总之，无论有没有污染，核反应都是能够产生巨大的能量的。

说到这儿，有朋友会问，那是不是多建几个核电站，就可以解决能源的问题。然而，想是这么想，真的实操就会有安全问题存在。即使操作方面的安全问题解决了，也有可能因为一些外部因素的变化而发生核事故，比如地震、海啸等。

核聚变是怎么回事？

氢气球大家都见过，一放手，它就会飞到天上去。这是因为氢气很轻。一般来说，氢有三种同位素——氕、氘、氚。正常的氢，绝大部分是氕，少数是氘（重氢），极少数是氚（超重氢）。

在地球上，氚无法聚变，因为它需要几亿摄氏度的温度才能发生反应；氘聚变对温度的要求会低一点，1亿摄氏度左右应该就可以；氕聚变的话，对温度的要求相对更低一些。

事实上，比铁轻的元素都能聚变，只是在地球上极难实现。只有在恒星那种温度极高、压力极大的状态才容易聚变。地球上目前唯一能聚变的，就是氢，我们能够通过引爆原子弹，达到6 000万摄氏度的高温，以此实现氢的聚变。

氘比氕多了一个中子，不稳定，却没有辐射。聚变成氦的时候，会损失掉一些质量的物质，物质消失掉之后，变成能量释放了，氢弹就这么爆炸了。

前面讲过，氢弹是用原子弹引爆的。美国第一颗氢弹采用的是液体重氢和三重氢的“温式燃料”，就像个体积庞大的冰雹一样。

现在又出现了新燃料，叫作氘化锂。这种氢弹结构很难掌握。

核聚变与核裂变不同，它基本上是没有污染的。如果受控核聚变这项关键的技术有所突破和顺利应用，第四次工业革命可能就会到来。那么，从此能源再也不是问题。一旦哪个国家第一个研发成功受控核聚变，哪个国家就站在了世界前沿。

放射性是怎么回事？

所谓放射性，就是原子本身或者原子在和其他粒子撞击过程中，发生的某些粒子往外发射的性质。这些往外发射的粒子射线束包括α射线、β射线和γ射线。你想，一摩尔水是6.02×10 ²³ 个水分子，跑出万分之一，数量就已经大到无法想象。现在每天都会有宇宙射线打穿我们身体。但它们太小，数量也不大，穿过去也没啥事。但如果突然来一大批，等于好多小梭镖从你身上穿过去，你就会受不了。

为什么打穿你的身体，对你有那么大的影响呢？大家想象一下，射线从你的身体穿过去，它非常精确无误地打到了你的DNA分子链上，能把你的DNA打乱。

射线打到分子上，就相当于子弹打到人身上，带来的损伤是不可逆的，很多癌症就是这么来的。还有我们熟知的育种种子，如果用辐射源照射它，就会改变它的DNA结构。

射线带来的污染，在很多方面都有体现。甚至，原子弹造成的污染，都没有这些辐射源污染大。因为原子弹的辐射，其实来自那些极少数的、还没来得及炸的东西。那些少数没有参与核裂变的漏网之鱼，可能在地底下、在水里会产生辐射。相当于，没有爆炸的是有辐射的，炸完就没辐射了。而原子弹已经大部分都炸没了，它的污染是有限的。

另外，那些能发夜光的东西，包括小孩的玩具、荧光表等，只要它不是靠白天储存太阳能发光，里边都含有少量的辐射物质。辐射源打到它上面，给它提供能量，它就亮了。灯也一样，电子打到荧光物质上，也就是等于辐射到它了，它才会发光。

最后，大家要知道，放射性衰变是有半衰期的，物质辐射完了，会变成别的物质。这里的半衰期，指的是衰变辐射减少一半所要经历的时间。有的半衰期为好几百年甚至上万年，时间非常长，长到一旦一个地方受到污染，基本上没有办法恢复，只能靠稀释。

比如，日本把福岛的核废水都排到太平洋里，就是为了稀释污染。基本上，有人类存在的年限，这种污染都消失不了。而且，水的扩散是非常快的，对世界各地都会有影响。

别不相信，你随便拿瓶水，随便找个地方把它倒了。一年后，你在地球上的任何一个地方舀起一杯水（地表水）来，其中都会包含之前你倒掉的那瓶水里的一些水分子。你想想，日本排掉的核废水对我们有多可怕的影响！