核能开发及讲义应用06 核能的军事应用
《核能及其应用》 讲义
《核能及其应用》讲义一、核能的基本原理核能，这个看似神秘而强大的能源，其实源自于原子核内部的结构变化。
简单来说，核能的产生主要通过两种方式：核裂变和核聚变。
核裂变，就像是一个“拆分”的过程。
当重原子核（比如铀 235 或钚239）吸收一个中子后，会变得不稳定，进而分裂成两个或多个质量较小的原子核，同时释放出大量的能量和新的中子。
这些新产生的中子又会去撞击其他重原子核，引发链式反应，持续释放出巨大的能量。
核聚变则相反，它是一个“合并”的过程。
轻原子核（如氢的同位素氘和氚）在极高的温度和压力下，相互碰撞聚合形成较重的原子核（如氦），并在这个过程中释放出更为巨大的能量。
无论是核裂变还是核聚变，其释放的能量都远远超过了传统的化学能源，比如煤炭、石油和天然气。
这也是核能之所以具有如此强大能量的根本原因。
二、核能的应用领域核能的应用广泛，其中最为人们所熟知的当属核能发电。
在核能发电中，核反应堆是核心设备。
核反应堆通过控制核裂变反应的速度，将释放出的热能传递给冷却剂，冷却剂再将热量传递给蒸汽发生器，产生蒸汽驱动涡轮机转动，从而带动发电机发电。
与传统的火力发电相比，核能发电具有许多优势。
首先，核能发电的燃料能量密度高，少量的核燃料就能产生大量的电能。
其次，核能发电不会像火力发电那样排放大量的温室气体和污染物，对环境的影响相对较小。
然而，核能发电也面临着一些挑战和问题。
例如，核废料的处理和存放一直是个难题，需要采取严格的措施来确保其安全性。
此外，核电站的建设和运营成本高昂，对技术和安全要求极高。
除了发电，核能还在医疗领域发挥着重要作用。
在癌症治疗中，放射性同位素可以用于放疗，精准地杀死癌细胞，同时减少对周围健康组织的损伤。
此外，核能还用于医学诊断，如放射性同位素标记的药物可以帮助医生更清晰地了解人体内部的生理和病理过程。
在工业领域，核能可以用于辐照加工。
通过对食品、药品和医疗器械进行辐照，可以达到杀菌、消毒、保鲜和改性的目的，提高产品的质量和安全性。
核能的开发与应用
裂变能
裂变能，重核发生裂变时释放的 能量。重核裂变是指一个重原子 核，分裂成两个或多个中等原子 量的原子核，引起链式反应，从 而释放出巨大的能量。
链式核裂变反应示意图
聚变能
聚变能，轻核发生聚变时释放的 能量。轻核聚变是指在高温下(几 百万度以上)两个质量较小的原子 核结合成质量较大的新核并放出 大量能量的过程，也称热核反应。
2.地球有望供应。世界上有比较丰富的核资源， 核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，全球铀的储 量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资 源、可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。
3.运输方便、成本低。核燃料能量密度比起化石 燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料 体积小，运输与储存都Biblioteka 方便。2.2核能发电的弊端
1.核废料处理需严谨。使用过的核燃料，虽然 所占体积不大，但因具有放射性，因此必须慎 重处理。一旦处理不当，就很可能对环境生命 产生致命的影响。核废料的放射性不能用一般 的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性 核素自身的衰变而减少。核废料放出的射线通 过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会 引起辐射损伤。
核能的开发与利用
一、认识核能
1.核能基础知识 ·原子核包括质子和中子，质子数决定了 该原子属于何种元素，原子的质量数等 于质子数和中子数之和。 ·核能，又称原子能，它是原子核里的核 子——中子或质子，重新分配和组合时 释放出来的能量。核能分为两类：一类 叫裂变能，一类叫聚变能。核能是不可 再生能源。
2.热污染。核能发电热效率较低，因而比 一般化石燃料电厂排放更多废热到环境 裏，故核能电厂的热污染较严重。
3.核能发电被认为存在风险。核裂变必须 由人通过一定装置进行控制。一旦失去 控制，裂变能不仅不能用于发电，还会 酿成灾害。全球已经发生了数起核泄露 事故，对生态及民众造成了巨大伤害。
核能的应用及其发展前景
核能的应用
1．军事用途——核武器、 军事用途——核武器、 ——核武器 核潜艇等 2. 和平利用原子能 ①核电站 炼钢， ②炼钢，推动动力机械 等 ③治疗癌症 ④利用反应堆对海水进 行淡化 ⑤应用于治理环境污染 方面
核能在可持续发展中的作用
一，核能是安全清洁的能源 三，核能是经济的能源 缓解环境污染， 五，缓解环境污染，节能减排 二，核能是稳定的能源 四，核能可以弥补电力不足 优化能源结构， 六，优化能源结构，保障能源安全
我国的核电站工程
核电站的发展前景
一，加快发展分散式小型核电站 建设改进型的“第二代” 二，建设改进型的“第二代”大型压水堆核电站 引进吸收“第三代” 三，引进吸收“第三代”核电技术 四，尽快启动内陆核电站建设 五，重视铀资源的保障问题 六，加强核废料的管理 结语：核能将成为未来最重要的能源， 结语：核能将成为未来最重要的能源，并为人类 的可持续发展做出巨大贡献。
核能的应用及其发展
核能——是一把双刃剑吗？ 核为武器在人类历史上只被 用过两次， 用过两次，却让第二次世界大 战成为历史。 战成为历史。 核作为能源， 核作为能源，却清洁可靠且能 量巨大。 量巨大。 核能用于战争是灾难， 核能用于战争是灾难，用于和 平却是福音。 平却是福音。 我们可以看到二战过后虽然各 国都在研制核武器， 国都在研制核武器，但核作为 武器再也没被用到战场上了。 武器再也没被用到战场上了。 其实现在世界各国之间形成了 一种微妙的平衡，核武器只是 一种微妙的平衡， 成为了一种筹码。 成为了一种筹码。
核科学在军事上的运用
核物理在军事上的运用主要是核武器，核动力。
核武器：原子弹，氢弹，中子弹，电磁脉冲弹，三相弹，反物质弹，激光武器，粒子速武器等。
核动力：核潜艇，核动力航空母舰。
核武器，利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的巨大杀伤力武器。
核武器爆炸，不仅释放的能量巨大，而且核反应过程非常迅速，微秒级的时间内即可完成。
因此，在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度，加热并压缩周围空气使之急速膨胀，产生高压冲击波。
地面和空中核爆炸，还会在周围空气中形成火球，发出很强的光辐射。
核反应还产生各种射线和放射性物质碎片；向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用，造成电流的增长和消失过程，其结果又产生电磁脉冲。
这些不同于化学炸药爆炸的特征，使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。
核武器的出现，对现代战争的战略战术产生了重大影响。
核武器也叫核子武器或原子武器。
1945年7月16日，美国在新墨西哥州成功爆炸了世界上第一颗原子弹，它的成功标志着世界从此进入核武器时代。
1952年11月1日，美国在太平洋岛上又成功爆炸了世界上第一颗氢弹。
原子弹：原子弹又称裂变弹（nuclear weapon，第一代核武，通常称为原子弹），是一种利用核原理制成的核武器，具有非常强的破坏力与杀伤力，在爆炸的同时会放出强烈的核辐射，危害生物组织。
原子弹是由引爆控制系统，高能炸药，反射层，含有核装料的核部件，中子源及弹壳所组成，利用铀和钚等较容易裂变的重原子核在核裂变瞬间可以发出巨大能量的原理而发生爆炸的。
原子弹是最先由美国研制成功的，1945年8月，美国投到日本广岛的那颗原子弹（代号叫“小男孩”），弹重约4100公斤，直径约71厘米，长约305厘米。
核装药为铀235，爆炸威力约为14000吨梯恩梯当量。
中国在1964年10月16日成功爆炸了第一颗原子弹。
核能的军事应用
决心扩大研制规模 。１４ ９２年发展成代 号为 “ 曼哈 顿工 程” 的庞大计划， 直接动 用人力约 ６ ｏ万 ， 包括英 国和 欧 洲流亡来美 的大批科学家 ， 投资 ２ Ｏ多亿美元 。到 １４ ９５
年 ， 制 成三 颗 原 子 弹 ： 颗 用 于 核 试 验 ，９ ５年 ７月 共 ～ １４ １ ６日在新 墨西 哥 州 的阿拉 莫 戈 多空 军基 地 试 验 成 功 ； 另 两 颗分 别 于 １４ 年 ８月 ６日和 ８月 ９日投 到 日本 广 岛 ９５ 和 长崎 。从 １３ ９ ８年 底 发 现 核 裂 变 现 象 到 １４ ９ ５年 美 国 制 成原 子 弹 ， 花 了 ６年多 时 间。 原 子 弹 是科 学 技 术 的 只 最 新成 果 迅速 应用 到 军事 上 的一 个 突 出例 子 。
装料的装量必须大于一定 的量值 ， 这个最低限量称 为临
界 质 量 。临 界 质 量 的 大小 与 裂 变 材 料 的 种 类 、 度 、 密 形 状 以及周 围环境 有 关 。铀 一 ３ ２５裸 球 的 临界 质量 约 为 ５ Ｏ ｋ， ｇ 而密度 为 １ ． ／ｍ ９ ４ｇ ｃ ０的 ａ 钚 一２９裸 球 的临 界 质 相 ３
维普资讯
Ｈ ｉｔ ｒ ｆＮａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ｓ ｏ ｙ ｏ ｔ ｒ ｌ ｉｎ ｅ Ｓ
Ｃ ｉ ｅ ｏ ｒ ａ ｆ Ｎａ ｕ ｅ Ｖ １２ ｏ １ ｈ ｎ ｓ Ｊ ｕ ｎ ｌ ｔｒ ｏ． ８ Ｎ ． ｅ ｏ
核 能 的军 事应 用
际社会的政治、 济、 经 地区安定乃 至世界和平产生如此
深 刻 和长远 的影 响 。
变反应原理 制成的核武器 ， 叫做裂变武器 ， 常称 原子 通
弹 。要使 链 式裂 变 反应 自持 地 进 行 下 去 ， 子 弹 中 裂 变 原
核能开发及应用06 核能的军事应用
根据上面的题目得到结论： 核系统在超临界状态下链式反应是s级 中子增殖因数k值越大，反应速度越快 能量绝大部分是在反应后期放出。以k=1.2为例。裂 变0.1kg的235U需要2.86s的时间。而裂变1kg的235U则 只需要2.99 s的时间，时间仅仅增加了0.13s ，而 裂变的量却增加了9倍! 原子弹爆炸时，铀利用率仅仅为10％左右，所以如 果能设法延长链式反应的时间，就可以大大提高核 材料的利用率
原子弹的基本原理
按核燃料分： 铀弹：以235U为核装药，浓度在90%以上 钚弹：以239Pu为核装药，浓度在93%以上 原子弹的基本组成部分: 核燃料—链式裂变反应 中子源—点火（扳机） 引爆装臵—原子弹的控制机构（使用前，核材料次 临界，使用时，使核材料迅速变成超临界） 中子反射层—中子慢化 外壳体
美国“小男孩”
原子弹爆炸后现场
长崎被轰炸后的街道
广岛，曾经的一条繁华大道
长崎一家被轰炸后的工厂
广岛被破坏的程度比长崎要厉害得多
广岛被炸后的废墟
广岛市区远景
走在这里，确实会让人怀疑自己是人是鬼
一家被轰炸后的工厂
英军官兵乘卡车穿行于长崎市区
俄罗斯的核武器博物馆
几个概念
增值系数—引起下一代核裂变的中子属于引起本代核裂 变的中子数之比叫做增值系数k 临界：k=1，链式裂变反应可以维持进行，并且以固定不 变的功率释放能量。核反应堆工作时 次临界：k<1,损失的中子数超过产生的中子数，链式裂变 反应不能维持进行。反应堆停堆时、原子弹储存时 超临界：k>1,链式裂变反应快速维持进行，核能瞬间释放 出来。原子弹爆炸时 “现场快速装配技术”：核材料的临界质量与其几何形 状和物理密度有关，在平时分为若干块，或密度降低， 核材料处于次临界状态。使用时，通过雷管引发普通的 爆轰把核材料快速压在一体，同时提供“点火中子”。 “现场快速装配技术”要求：快速完成装配(0.1ms)、精 密同步（1µ s）、高密度状态时表面积小、球形。 核系统处于临界状态时(K＝1)易裂变材料的质量称为临界 质量M ，它所占有的体积称为临界体积。
核能介绍
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不像化石燃 料发电那样 排放巨量的 污染物质到
大气中
燃料费用所 占的比例较 低，核能发 电的成本较 不易受到国 际经济情势 影响，故发 电成本较其 他发电方法
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核能
——新能源
核能
核能的发展历程 核能的应用
核能在世界的分布 中国的核能开发
核能的优势
核能的发现
❖ 爱英斯坦方程：E=mc2 E=能量，m=质量，c=光速常量 由于原子核内部结构发生变化而 释放出的能量。
核能
核能的发展历程
1938年
德国科学家奥托哈恩用中子轰击 铀原子核，发现了核裂变现象。
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1942年
美国芝加世界上第一座核电站-----奥布灵斯克核电站。
核能的应用
军事用途 核武器、原子弹、氢弹 核能发电 核电站、核电池 科技应用 PET扫描仪、食品保鲜、
木料加工
军事用途
核能发电
科技应用
核能的应用
军事用途
核能的利用首先是在军事上，用于制造核武器
核能开发及应用06 核能的军事应用共85页
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
核能开发及应用06 核能的军事应用
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴