师：同学们好，今天我们要迎来整个高中阶段的最后一节新课，学习第四章的第六、第七节——核能的利用跟小粒子与大宇宙。上节课我们了解了重核裂变，铀核被中子击中后分裂成两块碎片，这种反应称为裂变。由于过程中有质量亏损，会伴随着能量释放。人类对这种能量的首次利用，是一段黑历史——原子弹的研制。
第二次世界大战时，核裂变研究已成熟。当时法西斯侵略战争蔓延，一些从法西斯迫害下逃出的科学家，预感到制造原子弹的危险，又风传德国在加紧链式反应研究，还获悉德国禁止铀矿石出口，这让科学家们焦急万分。1939 年 7 月，核物理学家希拉德等人找到爱因斯坦，希望借助他的名声敦促美国赶在德国之前研制出原子弹。于是，爱因斯坦在 39 年 8 月 2 日签署了给美国总统罗斯福的著名信件。罗斯福采纳建议，下令成立顾问委员会，开始代号为曼哈顿工程的原子弹研制工作，并于 42 年 7 月委任奥本海默为项目工程技术负责人。
大家看到的这个叫“小男孩”，是投放到广岛的原子弹。原子弹爆炸时，虽有美丽的蘑菇云，但对周围一切生物造成极大损毁。美国在广岛和长崎投放原子弹，造成巨大损伤。广岛市区 80%的建筑夷为平地，64000 人死亡，72000 人受伤，伤亡总数占全市总人口的 53%。长崎市 60%的建筑物被摧毁，伤亡 86000 人，占全市的 37%。
这幅图是当时一位爆炸目击者画的记录图像。原子弹主要利用浓缩铀 235，达到临界体积就可能引发链式反应，临界体积是产生链式反应的最小体积。原子弹的应用属于快速、不可控的情况。以枪式原子弹为例，弹壳里分开放着一块球形和一块圆柱形状的高浓度铀 235，每块体积小于临界体积但大于临界体积的一半，储存时因未达临界体积不会爆炸。球形部分固定，圆柱形后面安装的炸药引爆后，两块铀块被压成一整块，瞬间达到临界体积，产生链式反应发生爆炸。
美国投放原子弹后，有记者问爱因斯坦，能否预测第三次世界大战会使用什么武器。爱因斯坦说，第三次世界大战他不知道，但他知道第四次世界大战人类肯定又重新拿起石头和木棍。可见科技若使用不当，可能毁掉人类。当然，人类更多时候在思考如何用科技造福自己。
核能的第二种利用是核电站。天然铀核主要有两种同位素，0.7%是铀 235，它能俘获各种能量的中子并发生裂变，俘获能量较低的慢中子时，发生裂变的几率较大。实验证明，速度与热运动速度相当的中子最适合引发核裂变，这种中子叫热中子或慢中子。比如《疯狂动物城》里的树懒，若中子跑得太快，“树懒”来不及“吃”下中子，核裂变就不会产生。而占 99.3%的 U238 很特殊，它只有俘获能量大于一兆电子伏特（1 MeV）的中子才可能发生裂变，且几率很低；俘获能量低于 1 MeV 的中子时，不发生裂变，而是变成 U239，就像小黄人“吃”粽子，能量不够就只是吞下去变成自身内部能量。
基于两者不同特性，在利用核电站时要思考几个问题：一是燃料主要选用哪种铀；二是如何解决铀 235 抓不住快中子的问题；三是怎样让裂变速度可控，不像原子弹那样；四是核反应有很强放射性，如何防止核泄漏与核辐射；五是能量如何用来烧水，让发电机转动实现能量转化与转移。另外，U238 这种“吃粽子”的特性能否加以利用？大家可以翻开书了解这些问题。
我们来看这些问题如何作答。这是一个反应堆，包括燃料棒（铀棒），由于铀 235 更容易产生核裂变，所以这里用铀 235 做燃料棒，它在正常工况下进行核反应时的视觉效果很科幻。此外，还需要减速剂和控制棒（镉棒）。