放射性核裂变和核聚变等

放射性核裂变和核聚变等
放射性核裂变和核聚变等

核科技:nuclear science and technology 核科学与核技术的简称。1896年法国物理学家贝可勒尔发现了铀的天然放射性,从此人类开始了对原子核的研究,这种研究领域就称为核科学。核科学的研究对象包括核结构、放射性、核裂变和核聚变等。涉及到的研究学科有核物理、核化学、加速器、反应堆、核聚变、辐射防护与屏蔽物理、同位素生产与分离、核材料、核医学、核农学等。核技术是研究如何将核科学研究中所揭示出的原子核变化规律及其固有和伴随产生的物理现象加以实际应用的科学。

核技术应用主要包括核能的利用及同位素和辐照技术的利用。核能的利用主要是指:(1)利用放射性同位素衰变时放出的能量做成电池,广泛用于宇宙飞船、人造卫星、无人管理的灯塔、心脏起搏器等。(2)利用重核裂变会放出巨大能量。核电站、空间堆电源、核供热堆、用于船舶或潜艇的核动力装置,是实际应用这种裂变能的主要代表。(3)利用轻核裂变时放出的比重核裂变时放出的更加巨大的能量。聚变堆的研究和开发就是为了利用这一能量。聚变堆的建成和商业运行将最终解决类所需的能源问题。因为它所用的燃料(氘和氚)取之于大海。核能最早是用于军事目的,原子弹就是利用235U或239Pu裂变时放出的巨大能量(瞬间释放出来)制成的。氢弹的威力要比原子弹大数百倍。

同位素和辐射技术应用主要包括:(1)同位素示踪技术(水资源探测,农业科学研究等)。(2)辐射加工(电线电缆的绝缘材料改性,热缩管的制备,塑料发泡,表面涂层固化,橡胶辐射硫化,木材-塑料复合材料辐射交联,接枝和降解,离子注入表面改性,半导体生产、辐射保鲜,辐射消毒等)。(3)同位素仪器仪表(工业检测仪表,探伤机,集装箱检测等)。(4)核医学方面的应用(医学诊断,放射性免疫分析,肿瘤诊断和治疗用体内和体外放免药物等)。(5)三废治理和环境保护工作中的应用(电子束除SO2/HOx,污水处理等)。(6)农学方面的应用(辐射育种、辐射不育灭蝇等)。(撰写:傅满昌审稿人:徐钬)

核工业: nuclear industry 又称原子能工业。利用核反应或核衰变(核跃迁)释放出的能量或辐射以获取一定的经济效益或社会效益的产业统称核工业是新兴工业,处在迅速发展过程中。核工业大体上包括6个部分(1)核燃料工业从事核燃料循环除反应堆以外各环节所有设施的设计、建造、调试、运行、维修和退役,其主要的产品是反应堆燃料和核武器装料。(2)核武器工业。从事核武器的设计、制造、试验、维修和退役。(3)反应堆工业。从事各种核反应堆装置的设计、建造、调试、运行、维修和退役。(4)核电工业。从事核电厂的设计、建造、凋试、运行、维修和退役。(5)辐射工业。从事:①放射性同位素的生产;②含放射性同位素的设备、仪器、装置的制造;③用于科研、国防、工业、农业、医药各领域的辐射源(含中子源)和辐照装置(如钴源房、辐照加速器装置、辐射加工车间等)的设计和装备;④放射性废物的处理和处置;⑤辐射防护的技术和装备。(6)核专用设备仪器和特殊材料工业。其中设备仪器有反应堆主回路和核辅助系统的核安全级容器、热交换器、泵、阀、电气和仪表设备,饱和蒸汽汽轮机,带电粒子加速器、辐射探测仪器放射性物质操作设备,同位素分离设备,燃料后处理化工设备,放射性废物处理设备等;特殊材料有核纯石墨、重水、铍和氧化铍、锆合金、特殊铝合金、镁合金、特种合金钢、特殊不锈钢、特种镍基合金以及10B,6Li,氚等。此外,核工业应为尚未进入实用阶段的基础和实验研究基地提供专门研制的装备,如各种研究试验堆,实验堆和原型堆,高能粒子加速器,受控热核聚变装置,激光分离同位素装置,各种中间(原型)工厂等。

核工业的特点:(1)具有放射性。由于核安全、辐射安全和环境安全的特殊要求,对所用的材料、设备以及制造和建筑安装作业均有不同于常规工业的严格质量要求,如高纯度、高精度、耐辐照、耐腐蚀、高清洁度、高密封性等。需要建立和贯彻执行质量保证制度,推广安全文化。(2)具有很大的综合性。它是在原有工业和科学技术的基础上发展起来的必须最大限度地利用已有的经验和成就,其

范围包括地质勘探、采矿、冶金、化工、电力、机械制造、建筑、机电、电子、精密仪表、环境保护等产业和物理、化学、生物学、地质学、缺象学、电子学、计算机、自动控制、材料科学、传热学、医学、心理学、经济管理学等科学领域。(3)核工业需要较大的初投资和较长的开发周期。即使从外国引进技术,也需要投入很大的人力物力,坚持不懈地进行消化吸收,才能实现自主化和国产化。因此需要立足于长远的经济效益和社会效益,谨慎地制订长期发展规划。(撰写:连培生)

radioactivity 某些核素自发放出粒子或γ射线,或在轨道电子俘获后放出X射线,或发生自发裂变的性质。1896年,即W.C.伦琴发现X射线的第二年,H.贝可勒尔发现铀盐具有发射类似X射线的穿透性辐射。接着又发现钍也放出这种射线,M. 居里建议把物质的这种特征性质称为放射性。这个词来源于拉丁文radio(辐射或射线)和activus(能动性)。(撰写:郭景儒审订:崔安智)

ionizing radiation 又称致电离辐射。能使物质中的原子或分子获得或失去电子而形成离子的辐射。广义的辐射包括任何以波或运动粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量。如声辐射、热辐射、电磁辐射、α辐射、β辐射、中子辐射等。狭义的辐射(又称为射线)限于电离辐射,它不包括声、热或低能电磁辐射(如无线电波),只包括能产生电离效应的高能电磁辐射(如γ射线、X射线)和粒子辐射。电离辐射通常称为辐射。辐射按照其来源可分为核辐射、原子辐射和宇宙辐射三类。核辐射是在原子核衰变或核反应过程中产生的辐射。原子辐射是在原子或分子轨道电子状态变化时产生的辐射,如K电子俘获后生出的X射线,或伴随γ射线发出的内转换电子。宇宙辐射(宇宙射线)是从外部空间到达地球的初级粒子以及它们与大气层空气相互作用后产生的次级粒子。辐射按照其荷电情况和粒子性质又可分为带电粒子辐射(α、β、P,氘,氚等)、不带电粒子辐射(中子、中微子等)和电磁辐射(γ射线等)。(撰写:何可学审订:连培生) nuclear facility 常与核装置同义。在不同领域(如核安全、核保障等)中含义有所不同。在一个核设施包含多个核装置的情况下,核设施应包括其营运单位职责范围(厂区)内全部土地、辅助和公用设施等(参见核装置)。(撰写:连培生)

nuclear installation 任何规模足够大以致必须考虑核安全的生产、加工、使用、处理、贮存或处置放射性材料的装置,包括其相关的土地、建筑物和设备在内。所谓规模大小,不是指占地面积或体积而言,而是指放射性物料量或其他相当参量。不同领域(如核武器、核保障等)对核装置有不同的含义,例如在国际原子能机构的核安全公约中,把核装置定义为任何一座陆上民用核动力厂(即核动力装置)。通常,核装置可包括核动力厂、核反应堆、临界装置、铀水冶和转化厂、铀同位素分离厂、核燃料元件制造厂、核燃料后处理厂、独立的放射性物料贮存装置、放射性废物处理装置、放射性废物处置场(库)等。核装置与核设施有时是同义的。但一个核设施可包含一个或多个核装置,例如多堆核电厂,核科学研究基地等。按照我国核安全法规(HAF 0500/0501),多堆核电厂营运单位必须为每一个核动力装置单独申请各项安全许可证,并向国家核安全监管机构作单独的定期报告和事件报告。在国际原子能机械的核保障年度实施情况报告(Safeguards Implementation Report , SIR)中,也要对核设施中的每一个核装置进行单独评价。(撰写:连培生)

irradiation source 能发射电离辐射的装置和物质。就广义而言,辐射源概括了诸如天然放射性物质、可裂变材料、核裂变产物、放射性核素制品、核反应堆、带电粒子加速成器,以及宇宙射线源等内容。然而在放射性同位素的应用中,习惯将γ射线探伤、放射治疗、辐射处理的高活度放射源称作辐射源在辐射加工中,辐射源一般则专指产生高穿透力的γ放射源(如60Co源),以及产生强流电子束的加速器。

第十一章原子核的裂变和聚变123

第五章 核裂变与核聚变 5.1核裂变反应 1.自发裂变与诱发裂变 1).自发裂变-原子核没有外来粒子轰击自行发生裂变 一般表达式 212211Y Y X A Z A Z A Z +→ 21A A A +=;21Z Z Z +=。 (1)裂变能s f Q , 由能量守恒可以导出自发裂变的裂变能s f Q , ()()222111,,,A Z Y A Z Y s f T T Q += ()()()[]222112,,,c A Z M A Z M c A Z M ?+-= ()()()A Z B A Z B A Z B ,,,2211-+= ()[()()]2211,,A Z A Z A Z -?+?-?= 自发裂变发生的条件:0,>s f Q 。 从比结合能曲线看,90>A 即可满足此条件。 (2)裂变势垒与穿透势垒概率 从上面讨论可见,90>A 原子核就可能发生自发裂变。但实验发现很重的核才能发生,有能量放出只是原子核自发裂变的必要条件,具有一定大小的裂变概率,才能在实验上观察到裂变事件。 和α衰变的势垒穿透类似,原子核自发裂变也要穿透一个势垒,这种裂变穿透的势垒称为裂变势垒。势垒穿透概率的大小和自发裂变半衰期密切相关,穿透概率大,半衰期就短,穿透概率小,半衰期就长。而且,自发裂变半衰期对于裂变势垒的高度非常敏感,例如,垒高相差MeV 1,自发裂变半衰期可以差到5 10倍。根据核的液滴模型可得裂变势垒的近似公式 sp s b E A Z E ,3 2 219 .0183.0??? ? ? ?-= 式中sp s E ,球形核的表面能。 随着A Z 2的加大,裂变势垒高度降低。因而自发裂变的概率增加。A Z 2较小的核,尽管满足0 ,>s f Q , 但因裂变势垒太高,很难穿透势垒,所以,这些核对自发裂变是稳定的。。 (3)裂变份额f R 重核大多数具有α放射性,自发裂变与α衰变是相互竞争的过程,它们是重核蜕变的两种形式。发生自发裂变过程的衰变常数记为f λ,发生α衰变过程的衰变常数记为αλ。 对 U 23592 : a 101039.9-α?=λ,a f 181085.3-?=λ; 故裂变份额 0≈λ+λ λ= α f f f R 对Cf 25298 :a 725.0=λα,a f 3 10 10.8-?=λ; 故裂变份额 %8.2=λ+λ λ= α f f f R 对 Cf 254 98 :则裂变份额:%7.99=f R 。 裂变碎片是很不稳定的原子核,一方面碎片处于较高的激发态,另一方面它们是远离β稳定线的丰中子核而发射中子,所以自发裂变核又是一种很强的中源。 2)诱发裂变-在外来粒子的轰击下,靶核与入射粒子形成复合核,复合核一般处于激发态,会进而发生裂变。入射粒子可以是带电粒子或中子,主要研究是中子,它是链式核反应的主要过程。 其一般表达式为 Y Y X X n A Z A Z A Z A Z 2211*1+→→ ++

高三物理裂变和聚变

裂变和聚变 ★新课标要求 (一)知识与技能 1.知道核裂变的概念,知道重核裂变中能释放出巨大的能量。 2.知道什么是链式反应。 3.会计算重核裂变过程中释放出的能量。 4.知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型,了解核电站及核能发电的优缺点。 5.了解聚变反应的特点及其条件. 6.了解可控热核反应及其研究和发展. 7.知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。 (二)过程与方法 1.通过对核子平均质量与原子序数关系的理解,培养学生的逻辑推理能力及应用 教学图像处理物理问题的能力。 2.通过让学生自己阅读课本,查阅资料,培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。 (三)情感、态度与价值观 1.激发学生热爱科学、探求真理的激情,树立实事求是的科学态度,培养学生基本的科学素养,通过核能的利用,思考科学与社会的关系。 2.通过教学,让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。 3.确立世界是物质的,物质是运动变化的,而变化过程必然遵循能量守恒的观点。 ★教学重点 1.链式反应及其释放核能的计算。 2.重核裂变的核反应方程式的书写。 3. 聚变核反应的特点。 ★教学难点 1、通过核子平均质量与原子序数的关系,推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。 2、聚变反应的条件。 ★教学方法 教师启发、引导,学生讨论、交流。 ★教学用具: 多媒体教学设备一套:可供实物投影、放像、课件播放等。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 重核裂变 (一)引入新课 教师:大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候,美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹,刹那间,这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟.大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站,我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想,现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理,那么,我们这节课就来学习裂变,通过学习,大家就会对上述问题有初步的了解。

为什么说核聚变是终极能源

为什么说核聚变是终极能源? 随着社会的进步,人类对能源的需求越来越大,传统的化石能源已经接近枯竭。可控核聚变是解决能源危机的最终手段。一升海水中的氘元素蕴含的能量相当于300升汽油。 01磁场约束核聚变——托克马克装置 托卡马克,是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形、真空室、磁、线圈。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。 相比其他方式的受控核聚变,托卡马克拥有不少优势。1968年8月在苏联新西伯利亚召开的第三届等离子体物理和受控核聚变研究国际会议上,阿齐莫维齐宣布在苏联的T-3托卡马克上实现了电子温度 1 keV,质子温度 0.5 keV,n τ=10的18次方m-3.s,这是受控核聚变研究的重大突破,在国际上掀起了一股托卡马克的热潮,各国相继建造或改建了一批大型托卡马克装置。其中比较著名的有:美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的 ST Tokamak,美国橡树岭国家实验室的奥尔马克,法国冯克奈-奥-罗兹研究所的 TFR Tokamak,英国卡拉姆实验室的克利奥(Cleo),西德马克斯-普朗克研究所的 Pulsator Tokamak。 2006年9月28日,中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST首次成功完成放电实验,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。EAST成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。 早在1933年,即发现核裂变现象五年前,人类就发现了核聚变。虽然核裂变比核聚变发现得晚,但是很快就实现了核裂变爆炸。随着受控核裂变发电获得成功,世界范围内大规模核电站建设迅速展开,并投入商业运行。 在核聚变实现后,同样,人们也试图能和平利用受控核聚变,如建立受控核聚变发电厂。与利用核裂变发电相比,利用受控核聚变的能量来发电具有许多优点:一是理论和实践都证明,核聚变比核裂变释放出的能量要大得多;二是资源

高中物理-核聚变、核裂变练习

高中物理-核聚变、核裂变练习 基础夯实 一、选择题(1~3题为单选题,4、5题为多选题) 1.(江苏徐州市高二下学期期末)一典型的铀核裂变方程是23592U+X→14456Ba+8936Kr+310n,关于该反应,下列说法正确的是( C ) A.X是质子 B.该反应是核聚变反应 C.23592U的比结合能小于14456Ba的比结合能 D.释放出的中子对于链式反应的发生没有作用 解析:该反应是裂变反应,X是中子,释放的中子引起链式反应,故A、B、D错误;23592 U的比结合能小于14456Ba的比结合能,C正确。 2.2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后,能模拟宇宙大爆炸的能量,并产生新的粒子,帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象,从根本上加深了解宇宙本质,揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是( B ) A.由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成 B.由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成 C.由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成 D.由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成 解析:根据反粒子定义,“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量,但带有等量的异性电荷。因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量,相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由1-1H核和01e构成的。 3.2002年,美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中,有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果,该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法,正确的是( B ) ①若发现μ子和中微子的运动方向一致,则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反 ②若发现μ子和中微子的运动方向一致,则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致 ③若发现μ子和中微子的运动方向相反,则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致 ④若发现μ子和中微子的运动方向相反,则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能

高中物理专题19核裂变和核聚变练习(含解析)

课时19 核裂变和核聚变 1.太阳放出的能量来自于() A.重核裂变 B.天然衰变 C.轻核聚变 D.人工转变 【答案】C 【解析】太阳放出的能量来自于太阳内部剧烈的热核反应,即轻核聚变,故C正确,ABD错误。 故选:C 2.一颗恒星的寿命取决于它的() A.温度 B.颜色 C.质量 D.体积 【答案】C 【解析】因为天体大,质量大,万有引力就大,在巨大的引力下原子核之间的距离就更近,更容易引起核聚变,所以越大的恒星他的内部核聚变就越激烈,释放的能量也越大,燃料聚变的速度就越快,恒星死亡的也就越快。故选C. 质量小的恒星其寿命几乎同宇宙一样长,达一百多亿年;质量大的恒星,其寿命却只有几百万到几千万年.一般来说,质量越大,寿命越短. 3.在下列叙述中,不正确的是() A.光电效应现象说明光具有粒子性 B.重核裂变和轻核聚变都会产生质量亏损 C.根据玻尔理论,氢原子从高能态跃迁到低能态时,原子向外释放光子,原子电势能和核外电子的动能均匀减小 D.电子和其他微观粒子,都具有波粒二象性 【答案】C 【解析】光电效应说明光具有粒子性,故A说法正确;重核裂变和轻核聚变都释放能量,都有质量亏损,故B说法正确;氢原子辐射出一个光子后,原子能量减小,轨道半径减小,根据,知核外电子的动能增大,原子能量等于动能和电势能之和,则电势能减小。故C说法错误;任何一个运动着的物体,小到电子质子大到行星太阳,都有一种波与之对应这种波称为物质波,故电子和其他微观粒子,都具有波粒二象性,故D说法正确。 3.现行人教版高中物理教材中有很多经典的插图能够形象的表现出物理实验、物理现象及物理规律,下列

四幅图涉及到不同的物理知识,其中说法正确的是() A.甲图中,卢瑟福通过分析粒子散射实验结果,发现了质子和中子 B.乙图中,在光颜色保持不变的情况下,入射光越强,饱和光电流越大 C.丙图中,射线甲由电子组成,射线乙为电磁波,射线丙由粒子组成 D.丁图中,链式反应属于轻核裂变 【答案】B 【解析】 A. 卢瑟福通过分析粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,A错误。 B.根据光电效应规律可知在光颜色保持不变的情况下,入射光越强,饱和光电流越大,B正确。 C.因为射线甲受洛仑兹力向左,所以甲带正电,是由粒子组成,C错误。 D.链式反应属于重核裂变,D错误。 4.铀原子核发生衰变时衰变方程为,其中、、X的质量分别为m1、m2、m3,光在真空中的传播速度为c,则() A.X是质子 B.m1=m2+m3 C.衰变时释放的能量为(m2+m3-m1)c2 D.若提高温度,的半衰期不变 【答案】D 【解析】 A项:根据电荷数守恒、质量数守恒知,X原子核中的电荷数为2,质量数为4,是氦核,故A错误; B项:依据质量亏损,则m1>m2+m3,故B错误; C项:根据爱因斯坦质能方程得,释放的能量( ) ,故C错误; D项:衰期的大小与温度无关,故D正确。 5.下列说法正确的是() A.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等

谈谈核裂变能与核聚变能

谈谈核裂变能与核聚变能 胡经国 据最近报道,位于英国牛津郡卡勒姆的、联合欧洲环形核聚变试验装置的科学家们,首次成功地进行了受控核聚变反应试验,从而使他们在探索核聚变能的竞争中,超过了美国和日本而居于世界领先地位。这次实验是在一个环形受控核聚变反应堆里进行的,持续时间只有2分钟,温度达到了3亿摄氏度,比太阳内部温度还要高20倍。该环形装置重达3500吨,是目前世界上最大的受控核聚变实验装置。那末,什么叫做受控核聚变与核聚变能呢?它们对未来世界能源研究与开发利用有何重要意义呢? 为了回答这些问题,需要从核能(原子能)谈起。大家知道,原子核是由质子和中子组成的。质子和中子统称为核子。核子结合成原子核时释放的能量,或者原子核分解为核子时吸收的能量,称为原子核结合能。原子核结合能与组成该原子核的核子数之比,称为原子核核子的平均结合能。这就是一般所说的核能(原子能)。质量数较小的轻核(如氘、氚)和质量数较大的重核(如铀),其核子平均结合能均较小;质量数中等的原子核,其核子平均结合能较大,而且质量数为50%~60%的原子核,其核子平均结合能最大。这一规律称为原子核核子平均结合能随原子核质量数而变化的规律。 核能存在于原子核内部,只有使它释放出来才能被人类所利用。怎样才能使核能释放出来呢?原子核核子平均结合能随原子核质量数而变化的规律,是核能能够被释放出来的理论依据。由于质量数中等的原子核核子平均结合能较大,因而无论是将重核分裂成质量数中等的原子核,还是将轻核聚合成质量数中等的原子核,都能够使核能释放出来。所以,核能释放有以下两种途径:重核的裂变和轻核的聚变 第一种途径是重核的裂变。将重核分裂成质量数中等的原子核,称为重核的裂变,又叫做核裂变。核裂变是1938年由德国科学家哈恩和斯特拉斯曼发现的。他们用中子轰击铀原子核,导致了铀原子核的裂变。可见,快速中子的轰击是实现核裂变的条件。在重核裂变时,放出新的中子,新中子又引起其它重核裂变。这种不断进行的核裂变反应,称为链式反应。重核材料(如含铀的同位素铀238和铀235的材料)能够产生核裂变链式反应的最小体积,称为重核材料的临界体积。重核材料的体积一旦超过其临界体积,核裂变链式反应就迅速进行,同时在极短的时间内释放出巨大的能量,引起猛烈的爆炸。重核在核裂变反应过程中释放出的巨大能量,称为核裂变能。例如,1克铀235完全裂变所释放的核裂变能,相当于2.4吨煤完全燃烧所释放的化学能。 第二种途径是轻核的聚变。将轻核聚合成质量数中等的原子核,称为轻核的聚变,又叫

核裂变和核聚变的区别

两个较轻的原子(质量数大致小于16)聚合成一个较重的原子核,同时放出大量的能量,这种核反应叫聚变反应。它是获得原子能的重要途径之一。一升的海水约含有0.03克的氘,通过核聚变反应能产生相当于300升汽油燃烧所放出的能量。由于原子核间有很强的静电斥力,核聚变反应必须在几千万摄氏度至上亿摄氏度的高温下才能发生。太阳和一些恒星内部温度很高,原子核有足够在的动能克服核间静电斥力而发生聚变反应。太阳里发生的持续的核聚变反应,源源不断地给我们提供光和热。 一个重的原子核分裂成两个质量略为不同的较轻的原子核,同时放出大量能量,这种反应叫做裂变反应。裂变有自发裂变和受激裂变反应两种。自发裂变是原子核不稳性的一种表现形式,天然同位素自发裂变半衰期都很长,如铀-238约为1016年;一些原子核比铀原子核重的同位素(超铀核素)自发裂变半衰期相对较短,如锎-252只有85.5年。重原子核受到其他粒子(中子、带电粒子、光子)轰击时分裂成两个质量略为不同的较轻原子核,叫受激裂变。1947年,我国科学家钱三强、何泽慧首先观察到中子轰击铀裂变时,铀核也有分裂成三块或四块的情况。但这种现象是非常稀少的。三分裂和四分裂相对于二分裂之比分别为3:1000和3:10000。重核裂变时释放出大量的能量,是获得原子能重要途径之一。1公斤铀-235完全裂变释放出的能量相当于两万吨TNT炸药爆炸时释放的能量,也相当于2700吨标准煤完全燃烧释放出的能量。重核裂变反应释放的大量能量已在核电站中得到充分应用。 爱因斯坦1905年在提出相对论时指出,物质的质量和能量是同一事物的两种不同形式,质量可以消失,但同时会产生能量。1938年,德国科学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在居里夫人实验的基础上,发现了核裂变现象:当中子撞击铀原子核时,一个铀核吸收了一个中子,分裂成两个较轻的原子核,在这个过程中质量发生亏损,因而放出很大的能量,并产生两个或三个新的中子,这就是核裂变反应。 1946年,在法国居里实验室工作的中国科学家钱三强、何泽慧夫妇发现了铀核的"三裂变"、"四裂变"现象,即铀原子核在中子的作用下,除了可以分裂为两个较轻的原子核外,还可以分裂为三个甚至四个更轻的原子核。只有铀-223、铀-235和钚-239这三种材料的原子核可以由"热中子"引起核裂变,因此它们被称为易裂材料。其中只有铀-235存在于界,铀-233、钚-239分别是由自然界中的钍-232、铀-238吸收中子后生成的。而在天然铀中,铀-235仅占0.7%,其余的99.3%几乎都是铀-238。 链式裂变反应释放的核能叫做核裂变能。这种20世纪出现的新能源,目前已占人类总能源消费量的6%。核能的和平利用,对于缓解能源短缺、减轻环境污染都具有重要意义。但是,核裂变产生的核废料、核电站能否安全运转,都引起人们的忧虑。如果利用轻原子核的聚变反应产生的核聚变能够得到工业应用,那么人类将从根本上解决能源需求的问题。核聚变能是两个轻原子核结合在一起时,由于发生质量亏损而放出的能量。核聚变的原料是海水中的氘(重氢)。早在1934年,物理学家卢瑟福、奥利芬特和哈尔特克已在静电加速器上用氘-氘反应制取了氚(超重氢),首次实现了聚变反应。海水里的氘只占0.015%,但由于地球上有大量海水,每升海水中所含的氘通过核聚变反应产生相当于300升汽油燃烧所放出的能量,因此可以利用的核聚变材料是极为丰富的。据估计,海水中的氘通过核聚变释放的聚变能可供人类在高消费水平的基础上使用50亿年。有关科学家们正在积极研究、一些国家政府也大力支持开发丰富而清洁的核聚变能。 美国广播公司1999年4月12日播发的一篇题为《为聚变开拓未来》的消息说:使用美国最新建成的试验核反应堆的科学家们认为,他们为21世纪开发一种安全而又取之不尽的能源--聚变能- -而进行的努力取得了进展。建在美国中部新泽西州郊区普林斯顿大学等离子体物理实验室的"国家球形核聚变实验装置(NSTX)" ,使支持提供聚变能研究经

裂变和聚变练习题40道

一、选择题 1、一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为U+n→X+Sr+2n,则下列叙述正确的是() A.X原子核中含有86个中子 B.X原子核中含有141个核子 C.因为裂变时释放能量,根据,所以裂变后的总质量数增加 D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少 2、前段时间,伊朗及朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目,其焦点问题就是双方核电站采用轻水堆 还是重水堆,重水堆核电站在发电的同时还要以生产出可供研制核武器的钚,这种可 由铀经过n次衰变而产生,则n为() A.2 B.239 C.3 D.1 3、目前核电站用的核反应是() A.裂变,核燃料是铀 B.聚变,核燃料是铀 C.裂变,核燃料是氘 D.聚变,核燃料是氘 4、重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径,下列说法中正确的是() A.裂变过程和聚变过程都有质量增加 B.裂变过程和聚变过程都有质量亏损 C.裂变过程质量增加,聚变过程质量亏损 D.裂变过程质量亏损,聚变过程质量增加 5、浙江秦山核站第二期工程发电机已经并网发电,发电站的核能来源于的裂变,以下说法正 确的有() A.原子核中有92个质子、143个中子 B.原子核中有143个质子、92个中子 C.是天然放射性元素,常温下它的半衰期约为45亿年,升高温度后,半衰期将缩短 D.裂变成两个中等质量的原子核和,可称为的放射性同位素 6、现已建成的核电站主要利用的是() A.放射性元素衰变释放的能量 B.人工放射性同位素衰变释放的能量 C.轻核聚变释放的能量 D.重核裂变释放的能量 7、下列四个方程中,表示重核裂变的是() A. B. C. D. 8、原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它主要由哪四部分组成() A.原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统

【精品版】人教版(2019)高中物理选修性必修第三册 5.4核裂变与核聚变_教案

核裂变与核聚变 【教学目标】 一、知识与技能 1.知道核裂变的概念,知道重核裂变中能释放出巨大的能量。 2.知道什么是链式反应。 3.了解核聚变的特点及其条件。 4.了解可控热核反应及其研究和发展。 二、过程与方法 1.通过对核子平均质量与原子序数关系的理解,培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力。 2.通过让学生自己阅读课本,查阅资料,培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。 三、情感、态度与价值观 1.激发学生热爱科学、探求真理的激情,树立实事求是的科学态度,培养学生基本的科学素养,通过核能的利用,思考科学与社会的关系。 2.通过教学,让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。 3.确立世界是物质的,物质是运动变化的,而变化过程必然遵循能量守恒的观点。【教学重点】 1.重核裂变的核反应方程式的书写。 2.核聚变的特点和条件。 【教学难点】 核聚变的特点和条件。 【教学过程】 一、复习提问、新课导入 教师:大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候,美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹,刹那间,这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站,我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想,现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理,那么,我们这节课就来学习裂变,通过学习,大家就会对上述问题有初步的了解。

播放视频,展示原子弹爆炸的过程及原子弹爆炸后形成的惨景的片段。 学生:观看原子弹爆炸的过程,并形成裂变能放出巨大能量的初步认识。 点评:激发起学生主动探求知识的欲望,从而为下一步进行教学活动奠定一个良好的基础。 二、新课教学 (一)核裂变的发现 1934年,约里奥·居里夫妇发现??粒子轰击铝片首次制造出人工放射性同位素。费米得知后,想到用中子作为入射粒子比??粒子有效得多。 费米与其合作者使用中子按照周期表的顺序依次轰击各种元素,辐照了有68种元素,其中47种产生新的放射性产物。 费米用中子轰击当时最重的元素238U,得到一种半衰期为13分钟的一种放射性产物。经过分析发现不属于从铅到铀之间的重元素。1934年5月,费米以《原子序数高于92的元素可能生成》为题,报道可能产生超铀元素(费米的解释是错误的,实际上是核裂变现象)。 “13分钟的放射性与很多重元素等同的否定证据,提示了这样的可能性:元素的原子序数也许大于92。如果它是93号元素,它应在化学上与锰及铼类似。” 德国女化学家诺达克(F.Noddack)针对费米的发现在1934年9月发表《论第93号元素》,认为费米等人采用“排除其他可能性的方法”来证明第93号元素的存在是“决非成功的”,并设想一种“全新的核反应”图像: “可以想象,当重核被中子轰击时,该核可能分裂成几大块,这些裂片无疑将是已知元素的同位素,而不是被辐照元素的近邻。” 然而,诺达克的论文没有得到重视。 费米认为:石蜡或水中的质子与中子的质量相近,放射源发射的中子与质子碰撞后,速度大大减慢。中子速度低,被原子核俘获的机会增大,核反应概率增大,发射性的生成大大增加。 慢中子作用的发现,大大增强了中子轰击的效果,对重核裂变的发现提供了重要前提。 1.核裂变 提问:核裂变的特点是什么? 让学生阅读课本核裂变部分内容,分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。

19核裂变、聚变练习题

第十九章 原子核裂变、核聚变 练习题 1、重核裂变和轻核聚变是人类利用原子能的两条途径,下面说法中正确的是 ( ) A 、裂变过程和聚变过程都要有质量亏损 B 、裂变过程有质量亏损,聚变过程没有质量亏损 C 、裂变过程没有质量亏损,聚变过程有质量亏损 D 、裂变过程和聚变过程都没有质量亏损 2、下列核反应方程式中,表示核聚变过程的是( ) A 、e Si P 0 130143015+→ B 、n He H H 1 0423121+→+ C 、 e N C 01147146-+→ D 、He Th U 4 22349023892+→ 3、钍232(Th 23290 )经过一系列的α衰变和β 衰变,成为铅208(Pb 208 82 ),则( ) A 、铅核比钍核少8个质子 B 、铅核比钍核少24个核子 C 、铅核比钍核少16个中子 D 、共经过6次α衰变和4次β衰变 4.下列核反应方程中,表示核聚变过程的是 A .e Si P 0 130 1430 15+→ B .n He H H 1 0423121+→+ C .e N C 01 14714 6 -+→ D .He Th U 42 23490 238 92 +→ 5.氢核、中子、氘核质量分别为m 1、m 2、m 3,那么氢核和中子结合为氘核时释放出的能量表达式为 A .m 3c 2 B .(m 1+m 2)c 2 C .(m 3-m 1-m 2)c 2 D .(m 1+m 2-m 3)c 2 6.下列核反应方程中,符号“X”表示中子的是 ( ) A . 94Be +42He→126C+X B .147N+42He→17 8O+X C . 20480 Hg+1 0n→ 20278 Pt +21 1H+X D . 23992 U→ 23993 Np+X 7.下列核反应方程中正确的是 ( ) A .23892U →234 90Th+21H B .94Be +4 2He → 126 C +1 0n C . 23490 Th → 23490 Pa+01-e D .3115P →3114Si+0 1e 8.原子反应堆是实验可控核裂变链式反应的一种装置,它的组成主要有 ( ) A .原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统 B .原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统 C .原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统 D .原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统 9.下列核反应中属于轻核聚变的是 ( ) A . H + H → H e + n B . Th → Pa+ e C . Be + He→ C+ n D . U → Th+ H 10.关于轻核聚变,下列说法正确的是 ( ) A .两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量 B .同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多 C .聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积 D .发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能 11.关于我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站,下列说法正确的是 ( ) A .它们都是利用核聚变释放核能 B .它们都是利用核裂变释放核能 C .两者的核燃料都是纯铀235 D .前者是利用核聚变释放核能,后者是利用核裂变释放核能 12.使轻核发生聚变,必须使它们接近到____m ,也就是接近到____的范围内。 13.重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核的过程叫_______________,反应释放出的中子又轰击另一个重核……这样的反应一次接一次地进行下去,这样的过程叫________________,通常把此过程中的最小体积叫做它的___________体积。

正确理解核裂变和聚变中的质量亏损!---质量没有变成能量!(一):聚变和裂变都有质量亏损吗

本博曾几次强调说明过物体的惯性质量不随速度而变(但可因碰撞和其它原因变化),也曾在《正确理解狭义相对论(一)》(id=328723)、《正确理解狭义相对论(二)》(id=331149)两文中解释过,质量、能量并不相互转变,也不合二为一;对于一个孤立体系,能量守恒但质量可变。 可是,在狭义相对论中,对质量、能量及其关系存在着一些不正确的理解,而且这些不正确理解的习惯势力还很强大。例如,对核裂变和聚变中的质量亏损就普遍存在着一些不正确的解释。只要上网搜索一下就可发现绝大多数人的解释不外乎是1、有人认为“质量亏损是由于质量变成了能量”,并认为质量不守恒、能量也不守恒;2、也有人认为在狭义相对论中,质量与能量可紧密结合成‘质能’,牛顿力学中的质量守恒定律和能量守恒定律则紧密结合成‘质能守恒定律’,并认为“‘质能’整体守恒,但质量、能量不单独守恒,质量亏损表明静止质量变成了运动能量,但‘质能’整体仍是守恒的”;3、还有人认为在狭义相对论中,‘质速关系’和‘质能关系’都可存在,质量守恒和能量守恒也都成立,并且质量守恒必定意味着能量守恒,能量守恒也必定意味着质量守恒,“质量亏损只是静止质量的亏损,它使另一些静止质量变成了运动质量,也同时使一些原是静止质量所联系的能量变成了运动质量所联系的能量”,这就是说,“核反应中的质量亏损是某些静质量及其所伴随的能量的减少,同时出现了某些动能及其所伴随的质量的增加”。 必须指出,上述关于质量亏损的三种看法都是不正确的。何以不正确?在博文id=328723 与id=331149以及之前的几篇博文中,我已多次作过解释。但

由于这些不正确理解的习惯势力还很强大,不是几篇博文就能使人信服的。我打算在下次博文中再详细说明它们为什么不正确,以及什么是质量亏损的正确理解。可能以后还要反复说明和解释。 在此我想先谈谈我对狭义相对论理论的理解和认识也经过了一个错误与纠错的过程。1979 年我写过一本小册子《质量与能量》,由人民教育出版社(现高教出版社的前身)作为高等学校物理学小丛书之一出版。这套小丛书是作为大学生的课外读物而出版的,也适合物理教师和对物理学有兴趣的读者参考之用。在《质量与能量》这本小册子中,我曾认为,在狭义相对论中,‘质速关系’和‘质能关系’都是存在的,质量守恒和能量守恒也都成立;对于‘质量亏损’,我采用了上述第三种看法。因为这些理解和看法,长期以来就是物理学界的主导理解和看法,我也未能免俗。直到我开博以后,从参考文献[1,2]中,我才了解到‘质速关系’、‘质能关系’可能是不正确的,对核反应中质量亏损的解释也可能存在错误。经过深入的分析、考虑,我肯定了我原来的看法不正确、解释有错误,针对这些不正确的看法和错误的解释,我已写了好几篇博文进行过讨论。 我想到,我写的那本《质量与能量》小册子很可能对一些读者起了误导作用;对此我感到很抱歉,也很难受。我认识到我有责任帮助那些受过《质量与能量》一书误导作用的读者‘拨乱反正’,重新正确认识和理解狭义相对论中的质量、能量和质量亏损。对此我正在考虑如何做的问题,以后我会通过博文告知看过那本《质量与能量》小册子的读者。

放射性核裂变和核聚变等

核科技:nuclear science and technology 核科学与核技术的简称。1896年法国物理学家贝可勒尔发现了铀的天然放射性,从此人类开始了对原子核的研究,这种研究领域就称为核科学。核科学的研究对象包括核结构、放射性、核裂变和核聚变等。涉及到的研究学科有核物理、核化学、加速器、反应堆、核聚变、辐射防护与屏蔽物理、同位素生产与分离、核材料、核医学、核农学等。核技术是研究如何将核科学研究中所揭示出的原子核变化规律及其固有和伴随产生的物理现象加以实际应用的科学。 核技术应用主要包括核能的利用及同位素和辐照技术的利用。核能的利用主要是指:(1)利用放射性同位素衰变时放出的能量做成电池,广泛用于宇宙飞船、人造卫星、无人管理的灯塔、心脏起搏器等。(2)利用重核裂变会放出巨大能量。核电站、空间堆电源、核供热堆、用于船舶或潜艇的核动力装置,是实际应用这种裂变能的主要代表。(3)利用轻核裂变时放出的比重核裂变时放出的更加巨大的能量。聚变堆的研究和开发就是为了利用这一能量。聚变堆的建成和商业运行将最终解决类所需的能源问题。因为它所用的燃料(氘和氚)取之于大海。核能最早是用于军事目的,原子弹就是利用235U或239Pu裂变时放出的巨大能量(瞬间释放出来)制成的。氢弹的威力要比原子弹大数百倍。 同位素和辐射技术应用主要包括:(1)同位素示踪技术(水资源探测,农业科学研究等)。(2)辐射加工(电线电缆的绝缘材料改性,热缩管的制备,塑料发泡,表面涂层固化,橡胶辐射硫化,木材-塑料复合材料辐射交联,接枝和降解,离子注入表面改性,半导体生产、辐射保鲜,辐射消毒等)。(3)同位素仪器仪表(工业检测仪表,探伤机,集装箱检测等)。(4)核医学方面的应用(医学诊断,放射性免疫分析,肿瘤诊断和治疗用体内和体外放免药物等)。(5)三废治理和环境保护工作中的应用(电子束除SO2/HOx,污水处理等)。(6)农学方面的应用(辐射育种、辐射不育灭蝇等)。(撰写:傅满昌审稿人:徐钬) 核工业: nuclear industry 又称原子能工业。利用核反应或核衰变(核跃迁)释放出的能量或辐射以获取一定的经济效益或社会效益的产业统称核工业是新兴工业,处在迅速发展过程中。核工业大体上包括6个部分(1)核燃料工业从事核燃料循环除反应堆以外各环节所有设施的设计、建造、调试、运行、维修和退役,其主要的产品是反应堆燃料和核武器装料。(2)核武器工业。从事核武器的设计、制造、试验、维修和退役。(3)反应堆工业。从事各种核反应堆装置的设计、建造、调试、运行、维修和退役。(4)核电工业。从事核电厂的设计、建造、凋试、运行、维修和退役。(5)辐射工业。从事:①放射性同位素的生产;②含放射性同位素的设备、仪器、装置的制造;③用于科研、国防、工业、农业、医药各领域的辐射源(含中子源)和辐照装置(如钴源房、辐照加速器装置、辐射加工车间等)的设计和装备;④放射性废物的处理和处置;⑤辐射防护的技术和装备。(6)核专用设备仪器和特殊材料工业。其中设备仪器有反应堆主回路和核辅助系统的核安全级容器、热交换器、泵、阀、电气和仪表设备,饱和蒸汽汽轮机,带电粒子加速器、辐射探测仪器放射性物质操作设备,同位素分离设备,燃料后处理化工设备,放射性废物处理设备等;特殊材料有核纯石墨、重水、铍和氧化铍、锆合金、特殊铝合金、镁合金、特种合金钢、特殊不锈钢、特种镍基合金以及10B,6Li,氚等。此外,核工业应为尚未进入实用阶段的基础和实验研究基地提供专门研制的装备,如各种研究试验堆,实验堆和原型堆,高能粒子加速器,受控热核聚变装置,激光分离同位素装置,各种中间(原型)工厂等。 核工业的特点:(1)具有放射性。由于核安全、辐射安全和环境安全的特殊要求,对所用的材料、设备以及制造和建筑安装作业均有不同于常规工业的严格质量要求,如高纯度、高精度、耐辐照、耐腐蚀、高清洁度、高密封性等。需要建立和贯彻执行质量保证制度,推广安全文化。(2)具有很大的综合性。它是在原有工业和科学技术的基础上发展起来的必须最大限度地利用已有的经验和成就,其

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