原子 -- 這個名詞對於現代的人並不陌生，譬如「原子筆」、「原子彈」、「原子燙髮」、「原子襪」、「原子褲帶」、「原子藥膏」......等等，在戰後非常流行。五十多歲以上的人都知道，凡是神奇、一級棒的東西，都習慣以「原子」來形容，那是因為1945年08月，全世界為原子彈所驚動，迫使日本投降，結束了大戰，帶給世界和平。它的威風可與科幻小說裡的宇宙超人比美。「原子」是什麼?「原子能」又是什麼？「核能」究竟又是什麼？這個問題的範圍很大，一般人恐怕很難了解，誠有知難行易之感。因此，讓我們先從原子慢慢談起。 

一、物質與元素 
我們從小就開始熟悉周圍的一些事物，比如開始學習走路常會抓緊桌子、椅子，失去平衡跌倒在地上時也會碰到一些物體，長大學開車時都會受到所謂物質的限制。但是我們不能將物質解釋為限制行動的東西，因為沒有物質人類根本不能行動。火車是一種物質，它在另一種物（鐵軌）上滾動；船是物質，在另一種物質的水面航行；飛機是物質能在物質的空氣中飛翔，走路也得把腳踏在物質路面上。食物是物質，我們若長久不吃東西，便不能指使身體的任何部份，這些部份也是物質的。其實離開了物質，地上的生活是很難想像的。所以幾乎遠在史前，好思想的人們已開始探究物質的構造和性質。紀元前幾個世紀的希臘哲學家，就思索過這個問題，而且他們的思想在整個物質觀念發展史上是不可忽略的。從他們那裡我們學得對物質的基本觀念--「原子」。自然界的物質有億萬種，卻僅由九十多種比較安定的基本物質所組成，這些基本物質在化學上稱為元素(指天然的)。元素的基本單位是原子，它是化學上最小的單位，也是我們所要討論的主要對象。

二、分子與原子 
假如把單純物質分割下去，到最後可得到代表該物質的最小個體，稱為「分子」。比如糖類物質分為蔗糖、麥芽糖、葡萄糖和果糖等等，都各有其最小單位的分子，構造與性質亦互不相同，但都是由碳、氫、氧三種元素化合組成的。而碳、氫、氧元素都可單獨存在於自然界，不必與他種元素結合在一起，各由單種原子組成為分子。因此，分子可以再分為更細的單位，叫做「原子」。

以上，有三種分子，即氫分子(由2個氫原子結合)、氧分子(由2個氧原子結合)及水分子(由2個氫原子與1個氧原子結合)。如水分子，由兩種以上的元素化合成的物質，在化學上叫做「化合物」。化合物可經由化學變化組成別的物質，這時分子內之原子是完整保持不變的，僅作重新組合而已。所以原子化學變化的最小單位就是原子。因此，代表元素的自然界原子種類雖然僅有九十多種，但是可以化合成幾重種的化合物，再由不同化合物的混合組成億萬種的物質。

三、原子與原子核 
代表化學變化的最小單位，原子的構造究竟是如何？我們知道當金屬劇熱或受陽光照射時，能放出一種帶負電的粒子，此即眾所週知的「電子」。因此，科學家認為任何原子均含有電子，電子可用適當的方法使其脫離原子本體。因各物質在一般狀況下均不帶電性，原子既有帶負電荷之電子，則必有相等數量之正電荷存在。所以，科學家認為像原子的構造頗似太陽系，中間有一帶正電之原子核，外面有相等電荷量的負電子，電子高速度圍繞原子核運轉。

所有電子與一個原子核所帶之總正荷電量相等，相互扺消不顯電性。原子的直徑只有2×10-8厘米程度，若把一粒砂子放大到和地球一樣大，則組成砂子的一個原子不過和藍球一般大小。原子核的直徑更小，約為原子本身直徑的萬分之一，原子核的微小可想而知。由此可見原子內部是多麼的空曠。假如有強大的力量把一個七十公斤重的人身上，所有原子核及電子堆在一起，還不如紅血球之大小。更進一步比喻，二十億人口的原子核集中在一塊，也不過有一顆紅豆那麼大。可知人體像棉花糖一樣空隙很多，難怪加馬射線就很輕易地穿透過去。

 原子核個兒雖小，質量卻很大。至目前科學家已經確悉原子核中含有帶正電荷的質子，其數目和圍繞在四週的電子數目相同。自然界中最輕的元素是氫，它的原子是由一個電子圍繞著一個質子構成。原子核中除質子外，另有一種粒子叫中子，中子不帶電荷，除氫以外，其他元素的原子核內都含有中子。(註一)

【註一】 氫的同位素尚有氘(原子核內多含1個中子)及氚(原子核內多含2個中子)兩種。把單純物質分割下去，到最後可得到代表該物質的最小個體，即為「分子」。「原子」為「分子」中更細的單位，「原子」中有一帶正電的「原子核」及圍繞在「原子核」周圍的負電子；「原子核」的直徑很小約為「原子」本身直徑的萬分之一，其中有「中子」及「質子」。

四、同位素 
原子核中，質子的數目(亦稱原子序)決定元素的種類。凡是質子數目相同而中子數目不同的時候就叫做「同位素(因為在元素週期表上佔同一個位置)」。以天然存在的鈾-235及鈾-238為例，質子數均為92，兩者都稱為鈾元素，但原子核內之中子數目不同，前者為143，後者為146，所以質量數(質子數和中子數之和)各為235及238，都是鈾的同位素。但兩者間之放射性與核分裂之狀況就大不相同(註二)。又如，鈷-60及鈷-59，質子數均為27，但中子數各為33及32，僅差一個中子，其放射性也大為不同，鈷-59是穩定同位素，不具有放射性的，而鈷-60具有放射性，是國內眾所週知的輻射鋼筋元凶。

【註二】 鈾-235為易分裂性物質吸收熱中子後易起核分裂反應。鈾-238為非易分裂性物質，吸收熱中子後會蛻變產生鈽-239。

五、核能是什麼 
我們已經知道在化學反應裡，原子是不變的最小單位，當然不被破壞的，僅在反應當中改變原子間之組合方式構成別種物質。另一方面，所謂「核反應」，顧名思義為改變核內的粒子組合方式，使元素的原子核起了變化，甚至被破壞成為更小的原子核種。例如鈾-235的原子核，吸收中子之後就有可能引起核分裂反應，變成兩種更小的原子核(元素)，同時放出很大的能量，即稱為「核能」。

例如氫的同位--氘及氚，在太陽的中心部2000萬度以上的超高溫下，會互相產生核融合的反應，使核內粒子間之結合更為緊密而放出大量的能量亦是。根據愛因斯坦的定律，能量的產生可由物質之消滅而得(有各的質能互換公式，E=mc2)。也就是說明在核分裂時消失掉一小部份物質轉換成能量釋放出來。一公斤的鈾-235完全核分裂時，所放出來的能量相當於燃燒三百萬公斤的煤。

在化學反應中，質量的變化很小，比如1克的氫與8克的氧燃燒變成9克的水所放出的熱量僅有34仟卡，換算質量的消失僅為1.59×10-9克，約佔全部的六十億分之一，幾乎用最精密的化學天秤亦稱不出來。

六、原子能的定義 
我們已經了解原子的構造，包括有中心的原子核與圍繞在核外的電子。若使核外的電子脫離原子本體時，就可得帶負電與帶正電的離子。我們可利用加速器使離子加速運動，使得高速的電子束或離子束，均帶有能量可加以應用。例如，高分子之加工與合成常用電子束而促成，進步型的癌病治療裡重離子束的應用最具有威力。

再說，醫療及診斷用的X光，其產生亦由電子得來。以上的電子束、離子束及X光，本身具有能量及游離的作用都必須加以防護與管制。而且，其來源均與原子有關，故廣義地說可屬於原子能之範圍。另外，由於原子核之分裂而產生核能之外，亦可使用原子爐或加速器來引起核反應，製造放射性元素(俗稱放射性同位素)，利用其核內不斷釋出的放射線做為示蹤劑，可應用在醫學、農業、工業等各方面的研究上。此外對於加馬射線的穿透性及殺傷力，亦可在醫療及食物照射方面等加以應用。放射線防護不當雖然可能對人體有害，但放射線在民生用途上利用很廣。說起來，這些放射線均是原子核內所釋放的一種能量，亦該屬於核能的範圍。因為原子核為原子的重要部份，所以核能亦屬原子能。

歸納起來，核能發電或同位素應用，以及X光之醫療診斷業均屬於原子能之範圍，所以核能安全委員會之工作，比起單純的核能管制委員會更為廣泛得多。

最後，順便介紹日本對於核能稱為核(Energy)，而將原子能稱為原子力，這裡的力代表做功能力之意思，而非力量的力，與水力、電力、風之用法相同。各種元素是由不同數目的質子與中子所組成的，凡是質子數相同而中子數不同的元素就叫同位素。原子核個兒雖小質量卻很大，所謂「核反應」即元素的原子核起變化改變了核中的粒子組合方式，甚至把原子核破壞成更小的原子核種，並釋放出很大的能量稱為「核能」。藉由核反應所釋出的放射線，可廣泛運用於醫療、農業、工業等各方面的研究上，以造福人類。醫療及診斷用的X光其產生，亦由電子而來，因本身具有能量及游離作用，故必須加以管制與防護。