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1、第四节第四节 重核裂变和链式反应重核裂变和链式反应核能开发的历史进程核能开发的历史进程1. 19191. 1919年，英国卢瑟福用年，英国卢瑟福用粒子轰击氮原粒子轰击氮原子核，使其嬗变成氧原子。子核，使其嬗变成氧原子。2. 19322. 1932年，查得威克发现中子年，查得威克发现中子3. 19343. 1934年，法国约里奥居里夫妇用年，法国约里奥居里夫妇用粒粒子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快放出正电子蜕变为硅。快放出正电子蜕变为硅。4. 4. 卢瑟福（卢瑟福（19331933）和爱因斯坦（）和爱因斯坦（19351935）均）均没有意识到原子能的实际
2、利用近在眼前。没有意识到原子能的实际利用近在眼前。核能开发的历史进程核能开发的历史进程1. 19331. 1933年，爱因斯坦移居美国年，爱因斯坦移居美国2. 19382. 1938年，费米逃往美国年，费米逃往美国3. 3. 德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、哈恩、盖革哈恩、盖革4. 19334. 1933年，匈牙利物理学家齐拉德（年，匈牙利物理学家齐拉德（1898189819641964）已经意识到核能的开发可能用于军事已经意识到核能的开发可能用于军事5. 19355. 1935年，建议物理学家暂缓发表研究成果年，建议物理学家暂缓发表研究
3、成果6. 19396. 1939年，玻尔认为核能利用为时尚早年，玻尔认为核能利用为时尚早7. 19397. 1939年，爱因斯坦、萨克斯、罗斯福说服美国政年，爱因斯坦、萨克斯、罗斯福说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子弹。府抢在德国之前抓紧研制原子弹。核能开发的历史进程核能开发的历史进程1. 19341. 1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂核能力更强。费米因此获核能力更强。费米因此获3838年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。2. 19382. 1938年，德国哈恩发现铀嬗变后
4、出现的新元年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程要放出大量能量。要放出大量能量。3. 3. 费米提出链式反应概念。费米提出链式反应概念。4. 19394. 1939年年9 9月月1 1日，第二次世界大战正式打响日，第二次世界大战正式打响核能开发的历史进程核能开发的历史进程1. 19401. 1940年，美国政府正式大量拨款，启动年，美国政府正式大量拨款，启动“曼哈顿工程曼哈顿工程”，格罗夫斯将军为行政首脑，格罗夫斯将军为行政首脑2. 194
5、12. 1941年年1212月月19421942年年1212月，费米在芝加哥月，费米在芝加哥研制原子反应堆研制原子反应堆3. 3. 铀铀235235、钚、钚239239的提纯的提纯4. 19434. 1943年年1 1月月19451945年年7 7月。奥本海默在新墨西月。奥本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。5. 75. 7月月1616日凌晨日凌晨5 5时时3030分，第一颗铀原子弹试分，第一颗铀原子弹试爆成功。比一千个太阳都亮。爆成功。比一千个太阳都亮。6. 6. 曼哈顿工程：动员曼哈顿工程：动员5050万人，耗费万人，耗费2222亿美元，亿美元
6、，占用全国三分之一的电力占用全国三分之一的电力核能开发的历史进程核能开发的历史进程1. 19441. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹造不出原子弹2. 2. 科学家的犹豫：科学家的犹豫：继续干吗？缺乏政治和道义上的支持继续干吗？缺乏政治和道义上的支持不干吗？不符合现代科学技术的精神不干吗？不符合现代科学技术的精神好的理由：应该让全人类知道它的威力好的理由：应该让全人类知道它的威力3. 3. 齐拉德、爱因斯坦的态度齐拉德、爱因斯坦的态度4. 19454. 1945年年8 8月月6 6日，铀弹小男孩投到广岛；日，铀弹小男孩投到广岛；8 8月月9
7、9日，钚弹胖子投在长崎日，钚弹胖子投在长崎核能开发的历史进程核能开发的历史进程1. 19441. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹造不出原子弹2. 2. 科学家的犹豫：科学家的犹豫：继续干吗？缺乏政治和道义上的支持继续干吗？缺乏政治和道义上的支持不干吗？不符合现代科学技术的精神不干吗？不符合现代科学技术的精神好的理由：应该让全人类知道它的威力好的理由：应该让全人类知道它的威力3. 3. 齐拉德、爱因斯坦的态度齐拉德、爱因斯坦的态度4. 19454. 1945年年8 8月月6 6日，铀弹小男孩投到广岛；日，铀弹小男孩投到广岛；8 8月月9 9日
8、，钚弹胖子投在长崎日，钚弹胖子投在长崎核能开发的历史进程核能开发的历史进程1. 1. 核军备竞赛：盟国之争核军备竞赛：盟国之争2. 19452. 1945年年8 8月，斯大林下令抓紧研制原子弹月，斯大林下令抓紧研制原子弹3. 19493. 1949年年8 8月，苏联成功地进行了核实验月，苏联成功地进行了核实验4. 19524. 1952年年1111月月1 1日，美国试爆第一颗氢弹日，美国试爆第一颗氢弹5. 19535. 1953年年8 8月，苏联研制氢弹成功月，苏联研制氢弹成功6. 19526. 1952年年1010月月3 3日，英国研制成功原子弹日，英国研制成功原子弹7. 19607. 19
9、60年年2 2月月1313日，法国研制成功钚弹日，法国研制成功钚弹8. 19648. 1964年年1010月月1616日，中国试爆成功原子弹日，中国试爆成功原子弹1. 1公斤核燃料相当于公斤核燃料相当于2500吨煤吨煤2. 1954年，苏联建成第一座小型原子能电站；年，苏联建成第一座小型原子能电站；1956（英国），（英国），1957（美国）（美国）3. 核电站：成本低、污染小、效率高，但事故核电站：成本低、污染小、效率高，但事故太可怕太可怕4. 1986年年4月月26日切尔诺贝利核电站第日切尔诺贝利核电站第4号机号机组发生爆炸。人为造成三道安全措施无效组发生爆炸。人为造成三道安全措施无效5.
10、 1979年年3月月28日三里岛核电站二号堆事故，日三里岛核电站二号堆事故，由于多重安全系统发挥作用，后果不严重由于多重安全系统发挥作用，后果不严重6. 核聚变核聚变核能开发的历史进程核能开发的历史进程一、核能一、核能 原子核的结构发生变化时放出的能量，原子核的结构发生变化时放出的能量，叫做叫做核能核能。二、裂变(p.43) 什么叫重核裂变？重核在什么情况下才能什么叫重核裂变？重核在什么情况下才能发生裂变呢？发生裂变呢？19381938年年1212月德国科学家用中子轰击重核铀月德国科学家用中子轰击重核铀时，发现铀核的裂变现象。之后，核能利时，发现铀核的裂变现象。之后，核能利用问题才逐渐被了解清
11、楚，从而使控制和用问题才逐渐被了解清楚，从而使控制和利用原子能成为可能。利用原子能成为可能。 重核受到其他粒子（如中子）轰击时分重核受到其他粒子（如中子）轰击时分裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称为裂变。裂变过程中放出中子并释放大量能为裂变。裂变过程中放出中子并释放大量能量。量。三、链式反应三、链式反应1、链式反应、链式反应(见基础教材见基础教材p.44) 重核裂变时放出的中子引起其他重重核裂变时放出的中子引起其他重核的裂变，可以使裂变不断进行下去，核的裂变，可以使裂变不断进行下去，这就是链式反应。这就是链式反应。反应的特点：反应的特点： 利用一个中子
12、轰击一个轴核，使利用一个中子轰击一个轴核，使轴核发生裂变，在反应中还放出轴核发生裂变，在反应中还放出2 2个中个中子，中子对未反应的轴核再进行轰击，子，中子对未反应的轴核再进行轰击，从而使核反应出现连锁反应，使在短从而使核反应出现连锁反应，使在短时间内出现积累效应。时间内出现积累效应。核裂变核裂变 核核核核裂裂裂裂变变变变(nuclear (nuclear fission)fission)是是是是大大大大核核核核分分分分裂裂裂裂为为为为小小小小核核核核的的的的过过过过程程程程. . 普普普普通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。通的核武器和
13、核电站都依赖于裂变过程产生的能量。通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。 铀铀-235的裂变与核武器的裂变与核武器 35种种元元素素的的200多种多种位素位素同同发生链反应发生链反应爆爆炸炸 2 32、临界体积 能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。 足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量界质量界质量界质量(critical mass)(critical mass)。 铀铀铀铀-235 -235 的临界质量约的临界质量约的临界质量约的临界质量约为为
14、为为 1 kg1 kg，质量超过质量超过质量超过质量超过1 kg 1 kg 则发生爆炸。则发生爆炸。则发生爆炸。则发生爆炸。 任何有任何有任何有任何有核反应堆的国家都核反应堆的国家都核反应堆的国家都核反应堆的国家都不难得到爆炸级的不难得到爆炸级的不难得到爆炸级的不难得到爆炸级的裂变材料，原子弹裂变材料，原子弹裂变材料，原子弹裂变材料，原子弹的基本设计又如此的基本设计又如此的基本设计又如此的基本设计又如此简单，从而为防止简单，从而为防止简单，从而为防止简单，从而为防止核武器扩散带来了核武器扩散带来了核武器扩散带来了核武器扩散带来了困难。困难。困难。困难。3、原子弹 p.45杨振宁杨振宁1964年
15、 10月16日中国爆炸了第一颗原子弹。1967年6月17日中国爆炸了第一颗氢弹。悼邓稼先词悼邓稼先词（张爱萍）（张爱萍） 踏遍戈壁共草原，踏遍戈壁共草原， 二十五年前，二十五年前， 连克千重关，连克千重关， 群力奋战自当先，群力奋战自当先， 捷音频年传。捷音频年传。 蔑视核讹诈，蔑视核讹诈， 华夏创新篇，华夏创新篇， 君视名利如粪土，君视名利如粪土， 许身国威壮河山，许身国威壮河山， 功勋泽人间。功勋泽人间。第五节 反应堆 核电站一、反应堆一、反应堆 用人工的方法控制核裂变链式反应速度用人工的方法控制核裂变链式反应速度获得核能的装置，叫做反应堆。获得核能的装置，叫做反应堆。 反应堆主要由核燃料
16、棒、减速剂、控制反应堆主要由核燃料棒、减速剂、控制棒、冷却系统和防护层等构成。棒、冷却系统和防护层等构成。 核反应堆核反应堆 通通通通过过过过受受受受控控控控核核核核裂裂裂裂变变变变反反反反应应应应获获获获得得得得核核核核能能能能的的的的装装装装置置置置，可可可可使使使使裂裂裂裂变变变变产产产产生生生生的的的的中中中中子子子子数数数数等等等等于于于于各各各各种种种种过过过过程程程程消消消消耗耗耗耗的的的的中中中中子子子子数数数数, , 以以以以形形形形成成成成所所所所谓谓谓谓的的的的自自自自持持持持链反应链反应链反应链反应(self-sustaining chain reaction)(sel
17、f-sustaining chain reaction)。 二、核电站二、核电站 利用反应堆中的核燃料裂变放出的利用反应堆中的核燃料裂变放出的核能转变为电能的发电厂，叫做核电核能转变为电能的发电厂，叫做核电站。站。 前前前前苏苏苏苏联联联联于于于于19541954建建建建成成成成世世世世界界界界上上上上第第第第一一一一座座座座核核核核电电电电站站站站；至至至至今今今今已已已已有有有有3030多多多多个个个个国国国国家家家家和和和和地地地地区区区区的的的的400400多多多多座座座座核核核核电电电电站站站站处处处处在在在在运运运运行行行行之之之之中中中中。 右右右右图图图图列列列列出出出出199
18、51995年年年年一一一一些些些些国国国国家家家家核核核核电电电电占占占占各各各各自自自自总总总总电电电电力的百分率。力的百分率。力的百分率。力的百分率。 第二次世界大战结束后，科学家迅第二次世界大战结束后，科学家迅速将原子能的利用转向和平用途。速将原子能的利用转向和平用途。三、核电是经济、安全、干净的三、核电是经济、安全、干净的能源能源世界第一座核反应堆世界第一座核反应堆（天然铀（天然铀5252吨、高纯石墨吨、高纯石墨10001000多吨，总重多吨，总重14001400吨）吨） 我我国国第第一一座座实实验验性性反反应应堆堆是是在在19541954年年6 6月月建建成成投投入入运运行行的的，我
19、我国国自自行行设设计计研研制制、建建造造的的秦秦山山核核电电站站已已经经运运行行发发电电了了；广广东东大大亚亚湾湾电电站站第第一一期期工工程程也也已已建建成成，并并运运行行发发电电了了，全部建成后年发电量可达全部建成后年发电量可达100100亿度。亿度。 因为铀核裂变有放射性污染，因而建设因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以保射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行。我国对核电站的安全证核电站的安全运行。我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全监督的核安全局，非常重视
20、，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用。保证核能的安全应用。秦山核电站秦山核电站19601960年，美国的德累斯顿沸水堆核电站投入运行，年，美国的德累斯顿沸水堆核电站投入运行，它主要由沸水堆本体、蒸汽给水系统和其它辅助系它主要由沸水堆本体、蒸汽给水系统和其它辅助系统组成。目前这种类型的核电站所占比例仅次于压统组成。目前这种类型的核电站所占比例仅次于压水堆核电站，我国目前没有这种类型的核电站。水堆核电站，我国目前没有这种类型的核电站。19681968年，加拿大角坎杜堆核电站运行，它由重水堆年，加拿大角坎杜堆核电站运行，它由重水堆本体、一次冷却回路、二次回路及其它辅助系统组本体、一次冷
21、却回路、二次回路及其它辅助系统组成。目前，这种类型核电站所站比例排在第三位，成。目前，这种类型核电站所站比例排在第三位，我国在建的秦山三期核电站即属这种类型。我国在建的秦山三期核电站即属这种类型。19741974年，法国建成了年，法国建成了“凤凰凤凰”示范快堆核电站，它示范快堆核电站，它由快中子堆本体、一回路钠、二回路钠、三回路水由快中子堆本体、一回路钠、二回路钠、三回路水及其它辅助系统组成。目前，这种类型核电站所占及其它辅助系统组成。目前，这种类型核电站所占比例最小，它的最大特点是在运行中能够实现核燃比例最小，它的最大特点是在运行中能够实现核燃料的增殖，我国将建一座实验快（中子）堆。料的增殖，我国将建一座实验快（中子）堆。中国快堆在建设中中国快堆在建设中小结
