在我们生活和工作的大千世界里,层出不穷的物理现象和形形色色的物理问题,不时地呈现在我们面前,让我们去琢磨,去探索,去揭示,去解决。这套丛书共讲述了六百多个物理故事,并且有二百多幅插图。形式新颖活泼,构思精巧,故事跌宕起伏;行文深入浅出,语言自然流畅,插图清晰精美,是青少年学习和了解最新科学知识和高技术的良师益友,是中小学图书馆、班级图书角最佳选配图书。
本书内容翔实,知识准确精到。我们没有作深奥而抽象的理论阐述,也没有用不着边际的奇思幻想来取悦读者,而是从当前的科学技术已经取得的成就出发,推论出若干年后可能出现的各种造福于人类的美好事物和灿烂前景,着力在青少年朋友面前展现一个令人神往、富饶博大的物理知识王国;热情引导青少年朋友步入色彩斑斓、芳香四溢的物理科学百花园,使之目不暇给,流连忘返。
1945年8月6日凌晨2时45分,“安诺拉盖”号B-29型轰炸机从提尼恩岛起飞。飞机负载甚重,勉强从跑道飞起。所携炸弹等飞机飞入空中才打开保险,以免起飞时可能发生核意外。“安诺拉盖”号偕同一架测量飞机和一驾摄影飞机,飞向日本。蒂比茨机长告诉机务人员:“这次是为了创造历史而飞行……我们携带是第一颗原子弹。”
核工业的粮食——铀
1945年7月16日凌晨,在美国新墨西哥州的沙漠,爆炸了第一颗原子弹。“轰”的一声,蘑菇云腾空而起,强大的冲击波掀起猛烈的气浪。测定的结果表明,这一颗原子弹的威力相当于2万吨梯恩梯。于是,利用铀作“燃料”的原子弹一鸣惊人。从此,铀便成为原子能时代的金属新贵。20世纪70年代以来,发达国家不时发生能源危机,因此,拥有巨大能源的铀,成为更加举世瞩目的战略资源。
铀具有一种特殊性能,可以放射出看不见的射线。天然铀即是地壳里罕见的几种铀的放射性同位素的混合物,称为稀有放射性金属矿产。
铀发现于1789年。最初,铀主要用于制造有色玻璃和陶瓷彩釉,原子能是20世纪40年代才被利用的。科学家发现,用铍中子作“炮弹”去轰击铀原子核,结果一个核分裂成两个核,同时放出了大量的能。奇妙的是,在原子核分裂时,又放出了两三个中子,飞射出去,分别击中另外两三个原子核,又发生裂变,又放出大量的能。如此连续不断,铀核一变二,二变四……像一条锁链似的连续反应着。原子核能这种“链式反应”的速度是极其惊人的。原子弹爆炸,在几百万分之一秒的畦间内释放出巨大的能量,产生几千度的高温和几十亿个大气压的压力,造成无比强大的杀伤危害。
原子能比普通化学反应的能量大几十万倍,甚至几百万倍。1公斤铀发出的原子能,相当于2500吨煤燃烧时释放的能量,可以用来发2000万千瓦/时的电,如果用于火车可以不停地环绕地球一周,飞机能以每小时1300公里的速度环绕地球飞行两圈半。
原子能的利用具有广阔的前景。除用作建造核武器、氢弹引爆剂和宇宙火箭外,还用作建核电站,以及开动巨型商船、火车、破冰船、潜水艇等。原子能还广泛地应用在工业、农业、医疗和人们生活的各个方面。所以说,铀是核工业的粮食,是现代化建设的重要物资。正因为铀的用途很大,所以它比黄金还贵5倍多。
但是,要获得铀一235也是不容易的。可以说是要过“五关”。
第一关是铀的勘探。在地壳中,平均每吨岩石中含有2.5克铀,要把2.5克铀提炼出来是不合算的,只有找到铀富集的地方,才能开采,因而需要勘探。幸好,铀元素能放出射线,人们常常通过物理方法测量射线强度,来计算铀金属储量和确定有无开采的价值。
第二关是铀矿的开采。目前,在世界上铀矿的开采方式有地下开采、露天开采和化学采矿三种。由于铀矿石品位低(约0.3%),因而在开采中要精心施工,采用科学选矿,尽量减少废石混入。
第三关是铀的提取。铀是采用湿法冶炼,就是先将矿石粉碎,然后用酸或碱把砂石中的铀金属溶解为溶液,用离子交换法或萃取法从溶液中提取铀,它的中间产品是化学浓缩物,俗称为“黄饼”。
第四关是铀的精制。铀化学浓缩物含有大量杂质需要去掉,达到需要的纯度。精制以后,可以是八氧化三铀、三氧化铀、二氧化铀、硝酸铀酰、四氧化铀等。再经还原,成为纯度达99.9%以上的金属铀。
第五关是铀的浓缩(或称铀一235同位素分离)。天然铀金属是由铀-235和铀-238两种同位素组成,其中铀-235只占0.71%,铀238占99.29%。那么,怎么把少量有用的铀一235和大量“无用”的铀-238分开呢?目前主要用的是气体扩散法。此外,还有离心机法、激光法、化学法等。激光法有许多优点,它将取代气体扩散法和离心机法,而独占鳌头。
几十年来,我国核工业从无到有,发展壮大,取得了举世瞩目的重大成就,建立了从铀矿勘探、开采、冶炼,到较为完整的核燃料循环、核武器制造以及核能、核技术的和平利用,这样一个具有一定规模和纵深布局成龙配套的核科技、工业体系,为今后发展核工业奠定了科学技术和物质基础,为和平利用核技术,造福人民开拓了广阔的前景。P8-10
在刚刚步入的21世纪里,世界各国经济乃至综合国力竞争的关键是科技实力,竞争的焦点是高技术及其产业。可以预料,21世纪高技术及其产业的发展将更加迅猛,并将给人类社会经济发展带来重大的影响。
今后十几年或更长的一段时间,是我国现代化建设的重要时期。在这个关键时期,不了解科学发展进程,不懂得高技术,就不能了解我们的世界和我们可能面临的未来。那么,眼下前沿科学处在一个什么样的水平?21世纪又将是个什么样?人类未来的前景如何?诸如此类人们渴望了解的问题,在科学技术日新月异的今天,就更加富有魅力,更加诱人了。
为了有所准备地迎接并顺利地走过机遇与挑战并存的21世纪,为了适应青少年——21世纪的主人渴求掌握科学、了解高技术的强烈愿望,并适应素质教育的要求。我们不失时机地推出了面向中小学生的《精彩物理故事丛书》。这套丛书共分为10册,分别是:《力学故事——昂热桥惨案》《光电学故事——电子警犬》《核物理故事——天葬核废料》《电磁学故事——遇难者的救星》《核武器故事——“小男孩”摧毁一座城市》《声学故事——寒山寺的钟声》《天体物理故事——恒星在飞驰》《引力学故事——向地球引力宣战》《声波学故事——征服无声世界》《航天故事——圆了千年飞天梦》。它们既囊括了力学、热学、电学、光学、声学、原子物理、天体物理的基本知识,也广泛地涉猎了物理学方面的最新知识、技术及其发展动向,还提出了一些尚未解决的物理问题,以激发青少年朋友对物理学的兴趣、爱好,有助于学习、理解、精通物理学这门课程。
这套丛书,讲述了六百多个物理故事,并且有二百多幅插图。形式新颖活泼,构思精巧,故事跌宕起伏;行文深入浅出,语言自然流畅,插图清晰精美,是青少年学习和了解最新科学知识和高技术的良师益友,是中小学图书馆、班级图书角最佳选配图书。
这套丛书共计一百多万字,作者努力做到内容翔实,知识准确精到。我们没有作深奥而抽象的理论阐述,也没有用不着边际的奇思幻想来取悦读者,而是从当前的科学技术已经取得的成就出发,推论出若干年后可能出现的各种造福于人类的美好事物和灿烂前景,着力在青少年朋友面前展现一个令人神往、富饶博大的物理知识王国;热情引导青少年朋友步入色彩斑斓、芳香四溢的物理科学百花园,使之目不暇给,流连忘返。倘若青少年朋友能够从阅读这套丛书中获取乐趣,学会物理知识的灵活运用,并能触类旁通,我们将不胜欣忭。
于今昌
2006年8月