核电论文参考文献

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1、http:/ 搜集整理核反应堆的物理 基础原子与原子核能原子与原子核能n原子内部特性n核裂变原理n核聚变原理原子模型原子模型原子原子的尺寸：10-10m原子核的尺寸：10-15m电子质子 中子原子核132质量数质子数中子数=质量数-质子数一张纸的厚度一张纸的厚度 相当于相当于1000010000个个 原子的厚度原子的厚度核子核子电子 me = 9.110-31 kg= 5.4810-4 u = 0.511 MeV/c2质子 mp = 1.007276 u = 938.256 MeV/c2中子 mn = 1.008665 u = 939.550 MeV/c2原子核的质量原子核的质量同位素同位素

2、同一个元素家族，带有不同的中 子数，就是同位素。 同位素具有相同的化学特性，但 可能有不同的物理特性 同位素中有的会放出射线，称为 放射性同位素或放射性核素，其 余叫做稳定同位素1H2H3H氕氕氘氚氢原子家族氢原子家族235U238 U233U铀原子家族铀原子家族132铯原子家族铯原子家族2D3T1H 定义定义 两个原子核两个原子核或一个或一个原子核原子核和一个和一个粒子粒子（ 如中子、如中子、光子等）接近到光子等）接近到10101515米量级米量级 时，两者之间的时，两者之间的相互作用相互作用所引起的各种所引起的各种 变化过程称为变化过程称为核反应核反应核核 反反 应应核反应与化学反应的区别

3、n核反应吸收或释放出来的能量要比化学反应 吸收或释放出来的能量大得多，例如，一个 铀原子放射出射线的能量比一个碳原于燃烧 释放出来的能量几乎大100万倍。 n核反应只涉及原子核，而与电子无关。n碳原子的核特性是相同的，无论是纯净的碳 还是碳与其他元素的化合物（二氧化碳、石 蜡、碳氢化合物等）。中子核反应中子核反应n中子俘获 用中子作“炮弹”去轰击原子核，即中子挤进原子核的过 程 n中子核反应 （n，）反应 （n，p ）反应 （n，）反应 （n，n）反应 （n，2n）反应 （n，f）反应质子中子粒子，氦原子核核子的相互吸引力核子的相互吸引力-核核 力力n核力具有短程强相互作用的能力n它比电磁相互

4、作用强130倍左右，作 用距离只在邻近核子之间 为什么这么多的为什么这么多的 带带正电荷正电荷的质子的质子 能紧密结合？能紧密结合？电磁力电磁力重力重力核力核力原子核的尺寸：10-15m 原子的尺寸：10-10m核力的相互作用距离核力的相互作用距离 ： （1.41.51.41.5）10101313m m质量亏损质量亏损n n对原子核质量作精确测定时，它比组成它的质子对原子核质量作精确测定时，它比组成它的质子 和中子的质量之和要小，即和中子的质量之和要小，即原子核结合前后的核原子核结合前后的核 子质量相差很远子质量相差很远n n也就是说，也就是说，单个核子的质量总是比结合在原子核单个核子的质量总

5、是比结合在原子核 里的每个核子的质量大里的每个核子的质量大n n由于核子间强大的核力的作用，迫使核子排列得由于核子间强大的核力的作用，迫使核子排列得 很紧密，结果发生了质量减少的现象很紧密，结果发生了质量减少的现象n n这种质量的差异，称为原子核的这种质量的差异，称为原子核的质量亏损质量亏损n n不同的原子核，总质量亏损不同，核子平均的质不同的原子核，总质量亏损不同，核子平均的质 量亏损也不同量亏损也不同质能方程质能方程n爱因斯坦指出： 质量只是物质存在的形 式之一 另一种形式就是能量n能量和质量的简单关系 ： E=mc2质量能量原子核原子核结合能结合能：1+121+12n原子核的质量，不等于

6、 核内中于和质子质量之 和。n单个核子组成原子核时 ，由于核子间强大的核 力作用，迫使核子相互 强力碰撞而紧紧地结合 时，发生了质量溅射n核子在结合形成原子核 前后的质量差值，称为 质量亏损n按质能方程，这部分质 量就对应于核子在结合 时放出的能量，称为原 子核的结合能结合能的利用结合能的利用核能核能n n每个核子的平均结合能称为为每个核子的平均结合能称为为比结合能比结合能n n元素的比结合能反映该原子核的核子结合紧密程度元素的比结合能反映该原子核的核子结合紧密程度n n中等核中等核比结合能比结合能最大最大( (质量亏损大质量亏损大) )n n轻核轻核和和重核重核的比结合能的比结合能小小( (

7、质量亏损小质量亏损小) )重核重核中等核中等核质量亏损质量亏损轻核轻核轻核轻核 中等核中等核质量亏损质量亏损核聚变核聚变 核裂变核裂变平均给合能核子的平均给合能随质量数的变化核子的平均给合能随质量数的变化重核裂变重核裂变n自发裂变:无需外界作用，就 有自发分裂的趋势。自然界中 某些质量数很大的原子核，如 铀-236，有自发裂变的现象。n诱发裂变：在中子轰击下发生 的裂变。 n链式裂变反应：裂变过程中， 有中子释放出来，这样就可能 形成链式的裂变反应，从而源 源不断地产生核能。铀-235,平均每次裂变放出2.4个中子， 同时放出大约200兆 电子伏的能量 图2-7 液滴裂变机制示意图原子核液滴分

8、裂模型裂变临界能核裂变是中子轰击 原子核，原子核接 受中子后变得不稳 定，从而分裂。 复合核从变形到分 裂需要能量，所需 的最小能量称为裂 变临界能量。 重核为何会裂变？重核为何会裂变？- - 液滴模型液滴模型易裂变的 材料外部入射的 自由中子材料的裂变临界 能量小于入射中 子的能量复合核裂变核燃料裂变核燃料n n在任意能量的中子作用下在任意能量的中子作用下 发生核裂变反应，这些核发生核裂变反应，这些核 素称为素称为易裂变核素易裂变核素， 铀铀-235-235 铀铀-233-233 钚钚-239-239 钚钚-241-241n n在天然铀中，在天然铀中， 铀铀-235-235只占只占0.72%

9、0.72% 铀铀-238-238约约99.28%99.28% 鈣铀云母鈣铀云母铜铀云母铜铀云母天然铀裂变核燃料的生成裂变核燃料的生成裂变产物裂变产物 n定义：在铀-235裂 变反应时，会形成 60余种不同的碎片 ，通过衰变产生 约250种不同的核 素，称为裂变产物 n铀-235的裂变产物 质量数分布概率曲 线呈现出两个明显 的峰，分别位于质 量数为65和140附 近n铀-233和钚-239 的裂变产物质量数 分布概率曲线与铀- 235的十分接近反应堆能实现控制 的决定性条件！裂变产生的裂变产生的中子中子快中子（0.1Mev）99.3% 瞬发中子0.65% 缓发中子 裂变后裂变后十万分之一秒十万

10、分之一秒 左右放出左右放出( (1010-6-6- -1010-4-4s)s) 能量约在能量约在1 12 2兆电子兆电子 伏范围内，速度为伏范围内，速度为 14000140002000020000千米千米/ /秒秒慢中子 (0.1ev) 裂变后几分钟几小 时内逐渐释放出来 平均能量约在0.5兆 电子伏左右裂变能量裂变能量(1) (1) n反应前后的质量 裂变前质量(u)裂变后质量(u)235U235.12495Kr94.945n1.00867139Ba138.9552n2.01734总计236.13267 235.917质量亏损：236.132 67-235.9170.215（u） 裂变能量裂

11、变能量(2) (2) n一个铀-235核裂变方式产生的能量 己知1u的总能量为931兆电子伏0.215931=200（兆电子伏）n裂变能的存在形式 裂变能的大部分（约80）是以碎片动能的形式出现的。它们很快 被周围的介质减速，将能量逐步交给介质。 约有20的能量由瞬时射线和中子带走。其余的能量随着裂变产物 的放射性衰变，通过和辐射的形式逐渐放出。n1克铀-235核裂变释放的能量 1克铀-235的原子数为：6.0231023235.14=2.5621021 1克铀-235核全部裂变时，释放出的总能量为：5.131023兆电子伏， 它相当于8107千焦热量，而燃烧1克标准煤平均只能得到29千焦的热

12、 量n铀235裂变释放出的能量比燃烧煤大270万倍裂变能量裂变能量(3) (3) 比较 : 裂变能 n + 235U X + Y+ E 200 MeV 化学能 C + O2 CO2 + E 4 ev汽油与氧的爆炸，一个分子释放 40-50 eVTNT 爆炸自身释放能量，每个分子 30 eV链式裂变反应链式裂变反应 n自持式链式裂变反应 核爆炸原理 每次反应产生2.5个中 子引起下次反应 n可控链式裂变反应 核电厂反应堆原理 控制发生裂变的中子数 ，控制反应速度 如何才能使链 式反应不变成 原子弹似的在 瞬间倍增，而 是维持不变的 核反应速率？必须保证每次裂变放 出的中子只有一个用 于其它核素的

13、裂变办法是：设法用非裂 变方法将裂变放出的 多余中子抢走维持链式裂变的条件维持链式裂变的条件-临界质量临界质量一定要维持 一定量的中 子数，才能 保证链式反 应延续中子的产生其它材料中子的吸收结构材料裂变材料临界体积裂变维持的条件裂变维持的条件临界临界系统内中子产系统内中子产 生率正好等于生率正好等于 中子的消失率中子的消失率临界状态临界状态系统内的中子系统内的中子 数会逐渐减少数会逐渐减少 ，裂变量也逐，裂变量也逐 渐降低渐降低次临界状态次临界状态系统内产生的中系统内产生的中 子多于损失的中子多于损失的中 子，会使裂变率子，会使裂变率 不断增加不断增加超临界状态超临界状态核电站主控室堆芯堆芯

14、氘氘- -氚聚变释放氚聚变释放 的能量是铀的能量是铀 235235裂变释放的裂变释放的 能量的能量的4.74.7倍倍聚变需要聚变需要巨大能量巨大能量的启动的启动n n聚变需要巨大能量的聚变需要巨大能量的 启动启动 只有使用更大的力才能使两者互 相接近库仑力只有当两个原子核相互接 近达到约万亿分之三毫米 时核力才能起作用，氢的各种同位素的质子 数最少，所以互相间静 电斥力最小，在人工的 条件下最容易聚变。轻核聚变轻核聚变-热核反应热核反应n n两个较轻的核聚合成一个较重的核，两个较轻的核聚合成一个较重的核， 由于比结合能的巨大变化，由于比结合能的巨大变化，会有大量会有大量 的能量释放出来的能量释

15、放出来。n n一个氢的同位素一个氢的同位素氘核氘核能够与另一个氢能够与另一个氢 的同位素的同位素氚核氚核聚变成一个聚变成一个氦核氦核：同时放出同时放出17.217.2兆电子伏兆电子伏的能量。的能量。n n发生聚变反应的条件十分苛刻发生聚变反应的条件十分苛刻, ,因必因必 须在须在极高的压力、温度条件下极高的压力、温度条件下，轻核，轻核 才有足够的动能克服静电斥力而发生才有足够的动能克服静电斥力而发生 持续的聚变。持续的聚变。氘氚氦中子聚变反应也称聚变反应也称“ “热核聚热核聚 变反应变反应” ”或或“ “热核反热核反 应应” ”聚变反应聚变反应 n定义：由两个轻核聚合成一个原子核同时释放出巨 大能量的过程称为原子核的核聚变，又称为热核反 应。 n结合能：计算表明，将两个氘核聚合成一个氦-4核 时，可以释放出约20兆电子伏的聚合能，这比相同 质量的铀核分裂所放出的能量大4.7倍。 n一些较轻的原子核，如氢、氘、氚等最容易释放出 聚变能。例如氘氚反应是最有希望的一种聚变反应 ：n nn n一般将氘和氚称为聚变核燃料。一般将氘和氚称为聚变核燃料。n n氚的半衰期只有氚的半衰期只有12. 2612. 26年年LiLin n4He4He3H 3H n n水中氘的含