(完整版)核能概述
核能
反应堆的分类（四）
按反应堆采用的慢化剂分类
石墨堆：以石墨作慢化剂； 轻水堆：以轻水作慢化剂； 重水堆：以重水作慢化剂。
反应堆的分类（五）
按核燃料的分布分类
均匀堆：核燃料均匀分布； 非均匀堆：核燃料以燃料元件的形式不 均匀分布。
反应堆的分类（六）
按中子的能量分类
热中子堆：堆内核裂变由热中子引起； 快中子堆：堆内核裂变由快中子引起。
世界核能利用现状
还有几个拥有核能的国家正在考虑其未来核能计划。 英国拥有19座在用核反应堆，但其中许多已相对年岁 久远。因此，它是目前拥有不确定因素最多的国家。 虽然有关核能利用的方针决策将等到目前正在进行的 公众咨询的结果出来后才能制定，但2007年5月出版的 一份关于能源的白皮书总结称：“......对现有的证 据和信息进行评估后，我们相信［新核能政策］的有 利条件将远大于不利因素，而且这些不利条件也能得 到有效调控。以此为基础，政府出台的初步评估意见 是让私有部门投资新的核电站建设是符合公众利益 的。”
反应堆的分类（二）
按反应堆采用的冷却剂分类
水冷堆：用水作为反应堆的冷却剂； 气冷堆：采用氦气作为反应堆的冷却剂； 有机介质堆：采用有机介质作为反应堆 的冷却剂； 液态金属堆：采用液态金属作为反应堆 的冷却剂。
反应堆的分类（三）
按反应堆采用的核燃料分类
天然铀堆：以天然铀作核燃料； 浓缩铀堆：以浓缩铀作核燃料； 钍堆：以钍作核燃料。
动力堆
轻水堆：最主要的堆型。在全世界的核电站中轻水堆 占85.9 %以上。普通水在反应堆中既作冷却剂又作 慢化剂。分为两种堆型：沸水堆和压水堆。压水堆是 核电站应用最多的堆型，占60%以上。通常以浓缩铀 作燃料。 重水堆：以重水作为冷却剂和慢化剂，可以采用天然 铀作燃料。 气冷堆：以气体作冷却剂，石墨作慢化剂。 快中子增殖堆：不用慢化剂，裂变主要依靠能量较大 的快中子。
核能概述
查阅相关资料，有： 235U、141Ba、92Kr、中子的质量分别为235.0439u、140.9139u、 91.8973u、1.0087u（u表示原子质量，1u=1.66*10-27kg） 反应前后质量亏损：▽m=0.2153u=0.357*10-27kg 由爱因斯坦质能方程：▽E=▽mvc2，有： ▽E=0.357*10-27*（2.998*108）2=3.146*10-11J=196.4Mev 即一个235U原子在经历上述核反应后会释放出196.4Mev的能量
二、核能应用
2.5海上漂浮核电站
这种小型的、可移动式的核电站 将陆上核电站的缩小版安装在船舶上， 既可为偏远岛屿供应安全、有效的能 源供给，也可为远洋作业的海上石油 、天然气开采平台提供电力、热力和 淡水资源，有用电需求时将电站拉过 来，不需要便可用船将电站拉走。 目前，中广核正在开展ACPR50S 小型堆示范项目的初步设计工作，预计 2017年启动示范项目建设，2020年建 成发电。
二、核能应用
1.2 核潜艇
核潜艇，是核动力潜艇的简称，是以核反应堆为动力来源的潜艇。 世界上第一艘核潜艇是美国的“鹦鹉螺”号，1957年1月17日开始试 航，它宣告了核动力潜艇的诞生。目前全世界公开宣称拥有核潜艇的国 家有6个，分别为：美国、俄罗斯、中国、英国、法国、印度。 与常规动力潜艇相比，核潜艇在水下持续航行时间、水下最高航速 方面有着压倒性优势。
后者是氘 1 、氚 1 H 等轻元素的原子核在聚合时释放出来的能量。
2
H
3
一、基本原理
3.核裂变
3.1 核裂变概述
核裂变，是指由重的原子核（如铀核或钚核）在高能中子撞击下分 裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。原子弹、核能发电 厂的能量来源就是核裂变。 实验表明，铀核发生裂变时，除了释放能量外，每个铀核同时还会 放出2～3个中子。这些中子又能使其他铀核发生裂变，这个过程会不 断地进行，这种现象叫做“链式反应”。 如果对链式反应不加控制，就会在极短的时间内产生大量的裂变， 能量迅速增大，以致引起威力巨大的爆炸。这就是原子弹的工作原理。
【2024版】第四章核能材料
2.3裂变堆类型
裂变反应根据堆内中子能量大小，分为快中子反 应堆和热中子反应堆等堆型。以水作为慢化剂的热中 子反应堆根据氢原子中的中子数不同，可以分为轻水 堆(LWR) 、重水堆等；轻水堆根据冷却剂状态不同可 以分为压水堆、沸水堆等。
压水堆(PWR)：使用加压轻水作冷却剂和慢化剂 ，水压约15.5MPa，水在堆内不沸腾，驱动汽轮发电 机组的蒸汽在反应堆以外产生，借助于蒸汽发生器实 现，蒸汽压力为6～7MPa。燃料为浓缩铀或MOX燃 料。
锆-2.5铌合金主要成分是2.5%-2.8%（质量） Nb和1000×10-6-1300×10-6O.添加Nb可以使合 金得到强化并提高耐蚀性，少量的氧也可以强化 合金，在合金重要严格的控制有害杂质氢和碳、 氯和磷。前者容易造成合金氢化开裂；后者会降 低其断裂韧性。
锆-2.5铌合金主要性能：
微观组织和断裂韧性
2 裂变反应堆材料
2.1裂变原理和裂变反 应堆 铀-235或钚-239
等重元素的原子核在 吸收一个中子后发生 裂变，分裂成两个质 量大致相同的新原子 核，同时放出2~3个 中子，这些中子又会 引发其他的铀-235或 钚-239原子核裂变， 如此形成链式反应。
核能名词解释
核能名词解释
核能是指通过核反应产生的能量，主要包括核裂变和核聚变两种方式。
核能是一种非常重要的能源形式，因为它具有非常高的能量密度，相比其他能源形式，核能产生的能量更加强大、稳定和可靠。
以下是一些与核能相关的术语解释：
1. 核裂变：核裂变是指将一个原子核分裂成两个或多个更小的核的过程，伴随着大量的能量释放。
2. 核聚变：核聚变是指将两个或多个轻核聚合成一个更重的核的过程，同样伴随着大量的能量释放。
3. 核反应堆：核反应堆是一种利用核反应产生能量的设备，通常由反应堆心、燃料棒、冷却剂、控制棒等组成。
4. 核废料：核废料是指核反应过程中产生的放射性废物，包括高放射性废物和低放射性废物。
5. 核武器：核武器是指利用核反应产生的能量制造的武器，具有极强的杀伤力和毁灭力。
6. 核安全：核安全是指在核能技术的研究、开发、运行、维护、管理和废弃等
全过程中，确保人民生命财产安全和环境保护的一系列措施。
7. 核能发电：核能发电是指利用核反应堆产生的热能驱动蒸汽涡轮发电机组，从而产生电能的过程。
核能发电是一种清洁、高效、可靠的能源形式。
总之，核能作为一种高效、可靠、清洁的能源，已经成为当今世界上重要的能源形式之一。
但是在利用核能的过程中，需要严格控制安全风险，加强核安全管理，确保人民生命财产安全和环境保护。
核能知识点框架
核能知识点框架一、知识概述《核能知识点框架》基本定义：核能，简单来说，就是利用原子核内部的变化（如裂变或聚变）所释放出来的巨大能量。
想象一下，小小的原子内部就像是一座座待开发的能量库，等待着我们去挖掘它们隐藏的力量。
重要程度：在能源领域，核能可是个“大明星”，它不仅能量密度高，而且碳排放极低，对于缓解全球能源危机和减少环境污染具有重要意义。
在全球能源结构中占据举足轻重的位置。
前置知识：在我们深入了解核能之前，得先有点物理学的基础知识，比如原子结构、放射性衰变这些概念。
另外，还得稍微懂点热力学，要不然怎么理解能量的转换和利用呢？应用价值：核能的应用可广泛了。
比如核电站，就是通过核反应产生的热能来发电，给千家万户送去光明；还有核潜艇、核航母，这些家伙之所以能跑那么远、那么久，全靠核能的“加持”。
二、知识体系知识图谱：在能源科学的大家族里，核能就像是那个特别有力量的“大家伙”。
它跟原子核物理、热力学、材料科学等一大批学科都有着千丝万缕的联系。
关联知识：说到关联知识，核能和放射性防护那可是“焦不离孟，孟不离焦”。
毕竟，玩核能不是小事，得时刻提防着辐射说实话，这是个既刺激又有挑战的任务。
重难点分析：掌握核能的知识点，难点不在于记住那些公式和概念（虽然那些也很重要），而是理解核反应的内在机制和安全控制。
比如说裂变反应到底是个咋回事？聚变反应又为什么那么难实现？这些都是需要动脑筋琢磨的问题。
考点分析：在考试中，核能相关的题目往往喜欢考察你对知识点的综合理解和应用能力。
比如给你一个核电站的情景，让你分析它的工作原理和可能的安全隐患；或者让你设计一个实验来验证某种核反应的现象。
三、详细讲解概念辨析：核能，就是指原子核内储存的能量。
这里的“核”指的就是原子核了。
原子核是原子的心脏部分，虽然它很小很小，但却蕴含着巨大的能量。
特征分析：核能的特征嘛，我觉得最突出的就是“高效”和“环保”。
高效说的是核能释放能量的速度快、量又大；环保则是因为核能不会像化石燃料那样产生大量的二氧化碳等温室气体。
第四章核能材料.解析
4.改进型水冷动力反应堆材料
4.1 压水堆堆芯新材料 压水堆堆芯部件的工作条件十分苛刻，因而 对其运行的可靠性、经济性和安全性要求越来越 高。为了满足这种要求，一方面堆芯设计不断更 新，另一方面制造部件所使用的材料也将随之改 进。目前没根据核能发展需要而开发的压水堆堆 芯新型材料最具有典型的锆合金包壳材料。水冷 动力堆堆芯的另一种改进型材料是可燃毒物材料 。研究表明，Gd2O3是一种良好的材料。
4.1.2 锆-2.5铌合金
锆-2.5铌合金主要成分是2.5%-2.8%（质量） Nb和1000×10-6-1300×10-6O.添加Nb可以使合 金得到强化并提高耐蚀性，少量的氧也可以强化 合金，在合金重要严格的控制有害杂质氢和碳、 氯和磷。前者容易造成合金氢化开裂；后者会降 低其断裂韧性。 锆-2.5铌合金主要性能： 微观组织和断裂韧性 晶粒结构由β-Zr薄膜围绕α晶粒组成。该薄膜 可以连续或轻度破损；α粒子基极基本上呈现平行 于周向的织构；位错密度等于10-14，断裂韧性大 于250MPa.m1/2。
核能就是指原子能，即原子核结构发生变化时释放出的 能量,包括重核裂变或轻核聚变释放的能量。1938年德国化 学家哈恩首次揭示了核裂变反应，他通过研究发现，铀235在中子的轰击下分裂成两个原子核，同时放出三个中 子，这一过程伴随着能量的放出，这个过程就是核裂变反 应，放出的能量就是核能。物质所具有的原子能比化学能 大几百万倍以至上千万倍。
238U和232Th资源丰富，为核能的利用提供 了广阔的材料来源。此外，由于铀238和钍232是 能够转换成易裂变核素的重要原料，且其本身在 一定条件下也可产生裂变，所以习惯上也称其为 核燃料。聚变燃料包含氢的同位素氘、氚，锂和 其它化合物等。核工程材料是指反应堆及核燃料 循环和核技术中用的各种特殊材料，如反应堆结 构材料、元件包壳材料、反应堆控制材料、慢化 剂、冷却剂、屏蔽材料等等。核材料必须置于设 有多重实体屏障的保护区内，并实行全面管制与 统计，防止损失与扩散。
核能的基本原理和应用
核能的基本原理和应用1. 核能的定义与分类核能，又称原子能，是指从原子核中释放出的能量。
核能的释放主要通过核裂变和核聚变两种方式实现。
•核裂变：指重的原子核（如铀-235或钚-239）分裂成两个较轻的原子核的过程，同时释放出巨大的能量。
•核聚变：指两个轻原子核（如氢的同位素氘和氚）结合成较重的原子核的过程，也会释放出大量能量。
2. 核能的基本原理2.1 核裂变原理核裂变的过程释放大量能量，主要来源于质量亏损。
根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，原子核在裂变过程中质量发生亏损，亏损的质量转化为能量释放出来。
核裂变过程需要满足几个条件：•原子核必须达到临界质量，才能维持链式反应。
•必须有中子引发裂变，这个中子称为“慢中子”。
•裂变产物必须稳定，或者能够经过一系列衰变后变成稳定元素。
2.2 核聚变原理核聚变是轻原子核在极高的温度和压力下融合成更重的原子核的过程。
聚变过程中释放出的能量远大于核裂变。
太阳和恒星就是通过核聚变产生能量的。
实现核聚变需要解决的主要问题包括：•高温和高压：需要将轻原子核加热到数百万甚至数十亿摄氏度，以克服它们之间的电荷排斥力。
•控制聚变反应：要实现有效的聚变反应，必须控制好高温等离子体的运动和稳定性。
3. 核能的应用3.1 核裂变应用：核电站核裂变技术目前主要用于核电站发电。
核电站通过控制链式反应，将核能转化为电能。
核电站的主要设备是核反应堆，其中使用铀-235或钚-239作为燃料。
核电站的主要优点包括：•产能高：核反应堆可以产生大量的电能，满足大规模的电力需求。
•污染小：核能发电不像化石燃料发电那样产生大量的温室气体和空气污染物。
主要缺点包括：•放射性废料处理：核反应堆产生的放射性废料需要长期安全存储。
•安全隐患：核电站存在潜在的安全风险，如核泄漏和核事故。
3.2 核聚变应用：未来能源核聚变目前尚未实现商业化应用，但被广泛认为是未来几乎无限的清洁能源。
国际热核聚变实验反应堆（ITER）是一个国际合作的项目，旨在证明核聚变发电的可行性。
九年级上册核能的知识点
九年级上册核能的知识点核能，即核能源，是指来自核反应的能量。
核能可以通过核裂变或核聚变获得。
核裂变是指重核（通常是铀或钚）的原子核分裂成两个轻核（如氙和锶）的过程，而核聚变是指轻核融合为一个重核的过程。
核能的特点是高效能和高稳定性。
它是一种非常强大的能源，每克铀所蕴含的能量可以相当于1800吨煤炭的能量。
与燃烧化石燃料释放出的能量相比，核能的使用效率更高。
此外，核能也具有比较稳定的特点，相比于风能和太阳能等可再生能源，核能的能量输出更持久稳定。
核能在人类社会中的使用有着长久的历史。
核能最早应用于核武器的制造，这是因为核反应产生的能量极为庞大，可以用来制造毁灭性的武器。
然而，在20世纪50年代，人们开始意识到核能在和平利用方面的巨大潜力。
自那时以来，核能就成为了发电和航天领域的重要资源。
核能主要被用于发电。
核能发电是指利用核反应产生的能量驱动蒸汽涡轮机发电。
在核电站中，核反应堆中的燃料被控制地引发核裂变，产生高温和高压的蒸汽，进而驱动涡轮机转动，最终发电。
核能发电具有许多优点。
首先，它可以大量产生清洁能源，不会排放二氧化碳等温室气体，对环境污染较小。
其次，核电站的建设成本相对较低，而且能源产出稳定可靠。
此外，核电站还可以提供大量工作机会，对经济发展起到促进作用。
然而，核能也存在一些争议和局限性。
首先，核能发电过程中产生的核废料是一个巨大的问题。
核废料有安全隐患，需要长期储存和处理。
其次，核能的安全问题一直备受关注。
核反应堆的爆炸或泄漏可能会造成灾难性后果，如切尔诺贝利和福岛核事故。
由于这些影响，公众对核能的接受度有所下降。
为解决核能的争议和局限性，人们在过去几十年中进行了许多研究和创新。
例如，研究人员一直在寻找更安全的核反应堆设计，以减少事故的风险。
此外，核废料的处理和储存也是一个重要课题。
研究人员正在探索利用新材料和技术来减少核废料的体积和危害性。
总的来说，核能是一种强大的能源资源，具有高效能和高稳定性的特点。
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= 931.5(MeV)
粒子 电子 e 质子 p 中子 n 氘核 d 氚核 t 氦核 α
一些粒子的能量和质量
静止质量m0(u)
0.0005485 1.0072764 1.0086650 2.0135530 3.0155010 4.0015060
200 MeV 4 ev
40-50 eV 30 eV
第二节 裂变能利用与核电站
一、 裂变反应堆原理 二、 什么是核电站 三、 压水堆核电站 四、 其他类型核电站 五、 反应堆安全 六、 核电是安全经济的能源
世界上有机燃料的储量是有限的，总有一天要用完。 全世界石油、天然气和煤炭的已探明储量，按目前的消 耗水平来看，少则几十年，多的（如煤炭）也只能开采 几百年。而且，全世界对能源的需求量逐年在增加，照 目前能源需求的增长势头，如果我们仅依赖于石油或煤 炭这样一些化石燃料，终将会发生能源危机。
假设裂变成质量相等的两块 质量数各约为118
235U 核子平均结合能
7.6 MeV
质量数为118的原子核平均结合能 8.6 MeV
两者平均结合能差
1 MeV
230多个核子
总的 E = 200 MeV!
比较 : 裂变能 n + 235U X + Y+ E 化学能 C + O2 CO2 + E 汽油与氧的爆炸，一个分子释放 TNT 爆炸自身释放能量，每个分子
当K＞1时，中子数越来越多，功率在增加，这个状态称为超临界 状态。
当K＜1时，中子数越来越少，功率也在下降，这种状态称为次临 界状态。
裂变反应堆
裂变堆的发展历史 • 1938年，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现U原子的裂变现
象，而且一个U原子裂变放出的能量（200Mev）比一个C原 子氧化放出的能量（4.1ev）大5 107倍，如此巨大的能量如 何利用呢？ • 1942年12月，意大利物理学家费米等在美国芝加哥大学建 造了世界第一座人工裂变反应堆。美国又利用U-238转化成 Pu-239原子弹装料，制造了钚原子弹，又利用反应堆作动 力建造了核潜艇。 • 20世纪40-50年代，裂变反应堆主要用于军事目的。 • 50年代中期，世界上大量建造研究堆，同时用以发电。
能量m0 c2 (MeV)
0.5110034 938.2796 939.5731 1875.628 2808.944 3727.409
质量亏损
•氦原子核（ 4He）由2个质子 + 2个中子构成
2个质子质量 + 2 个中子质量 =﹖原子核 4He 的质量
2 x 1.007276 + 2 x 1.008665 - 4.002603 ΔM (4He) = 4.031882 - 4.002603 = - 0.029279 u
能量的来源
亏损的质量哪里去了?
ΔE(4He)= Δ M (4He) C2 = 27.27 MeV 亏损的质量转化为能量
氦原子核的结合能是 27.27 MeV
原子核的结合能
定义 实验发现，任何原子核的质量亏损总是大于 零，表明由自由核子结合成原子核时，有能量释放出来。
• 原子核平均结合能(比结合能 )曲线
化石能源所造成的环境污染也将严重危害人类的生存；
风能、太阳能、水力发电都不同程度的受到地域、气 候等的影响而不能成为最终能源；
人类需要可持续发展的能源——核能！
一、裂变反应堆原理
原子核裂变的确认与液滴模型
多么像我在 显微镜下面 看到的细胞 繁殖时的分 裂现象啊！
235U + n → (236U)* 235U + n → 90Kr + 144Ba + 2n + E.
商用核能
于涛 核科学技术学院 yutao29@
核能：利用核裂变和核聚变反应释放出能量的原理， 开发出能源或动力装置和核武器。
主要应用有：因斯坦的贡献 质量亏损 能量的来源 原子核的结合能 各类能量的比较
爱因斯坦的贡献
细胞繁殖时的分裂现象
阿 诺 德
原子核“液滴”模型
fission
铀-235裂变释放的能量
Energy from one U-235 Fission
MeV
Fission fragment kinetic energy
166
Neutrons
5
Prompt gamma rays
7
Fission product gamma rays
1 各原子核中，每个 核子的平均结合能 随质量数而变化 6-9 MeV
2 中等重量的原子核 的比结合能较大
释放能量途径: 1）重核裂变 2）轻核聚合成原子核
• 释放能量举例
252Cf α自发裂变
中子引起 235U 裂变
H 原子核聚合
H 的燃烧 太 阳 能
例：估算裂变释放的能量
n + 235U (236U) X + Y + E
7
Beta particles
5
Neutrinos
10
Total
200
一公斤铀235全部裂变释放的能量，相当于
2万吨梯恩梯炸药爆炸时放出的能量。
链式裂变反应
一个中子把一个易裂变原子核轰击成两半，释放出能量，
同时又跑出两个以上中子——裂变反应
这些中子又去轰击更多的原子核，触发下一级裂变。
这样分裂，分裂，越来越猛烈的分裂。
能量，能量，越来越多的能量。
如何进行 并维持呢？
费米把这种现象称为链式裂变反应。
链式裂变反应
有效增值系数或再生系数K
此代裂变产生的中子总数与前一代裂变产生的中子总数的比值。
如果裂变产生100个中子（第一代中子），经过慢化再引起下一次 裂变，若产生102个中子（第二代中子），则K＝1.02。
K＝1 时为临界状态，需要的最小的裂变燃料数量叫做临界质量。 此时，中子数保持不变，链式反应可继续进行下去每秒钟内发生恒定的 裂变数，每次裂变放出的能量也一定，这表明反应的功率保持一定水平 不变。
质能关系 ΔE = ΔM C 2
物体的质量是它所包含的能量的 一种度量
——《物体的惯性与它的质 量有关吗？》
一个美丽的姑娘伴 你对坐一小时，你 好像觉得只有一分 种似的短暂；要是 你在火炉上坐一分 钟呢？你又觉得像 有一小时那样长了！
举例:
1g质量的能量是， E = 10-3× [2.9978 × 108]2＝8.9875 ×1018(J)