核反应方程分类
未分类的：
n
P 0130143015+→ Y B H Be +→+1052194 Z Li He He +→+73424
2
(A) X C He Be 1264294+→+ (B)X O He N +→+17842147
(C)X H Pt n Hg ++→+11202
7810204
802 (D)X Np U +→2399323992 A 24240
11121Na Mg e -→+
B ．14
417172181N He O H +→+ C ．235
1921411920365603U n Kr Ba n +→
++ D ．(D)X Np U +→2399323992 Ａ．n He H H 1
0423121+→+是聚变
Ｂ．
n 2Sr Xe n U 109438140541023592++→+是裂变 Ｃ．He Rn Ra 42222
86226
88+→是α衰变 Ｄ．e Mg Na 0124122411-+→是裂变
2
1H+31H →4
2He+X. 裂变
聚变
衰变
原子核的人工转变
H +→+1117814
74
2O N He
2017核反应总结
章末总结 原子核?????????? ? 原子核的组成——核子? ?? ?? 质子(11H )中子(1 n )核变化??? ???? 衰变?? ?? ? 三种射线：α射线、β射线、γ射线三种衰变：α衰变、β衰变、γ衰变半衰期人工转变 ? ???? 质子的发现：14 7N ＋4 2 He →17 8O ＋11 H 中子的发现：94Be ＋42 He →12 6C ＋10 n 核裂变：23592U ＋10 n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310 n 核聚变：21 H ＋31H →42He ＋10 n 核能? ???? 爱因斯坦质能方程：E ＝mc 2或ΔE ＝Δmc 2 核能的利用：核电站、核武器 一、对核反应方程及类型的理解 1．四类核反应方程的比较 (1)熟记一些粒子的符号 α粒子(42He)、质子(11H)、中子(10n)、电子( 0－1e)、氘核(21H)、氚核(3 1H) (2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒． 例1 能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程中，表述正确的是( ) A.31H ＋21H →42He ＋10n 是核聚变反应 B.31H ＋21H →42He ＋10n 是β衰变 C ．235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n 是核裂变反应 D ．235 92U ＋10n →140 54Xe ＋9438Sr ＋210n 是α衰变 解析 B 项为轻核聚变，β衰变的实质为一个中子转化为一个质子后释放出一个电子，选项B 错误；α衰变的实质是释放氦核(α粒子)，而D 项是重核裂变，并未释放α粒子，选项D 错误， 正确选项为A 、C. 答案 AC 二、半衰期及衰变次数的计算 1．半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间． 计算公式：N 余＝N 原(12)n 或m 余＝m 原(12)n ， 其中n ＝t τ，τ为半衰期． 2．确定衰变次数的方法 (1)A Z X →A ′ Z ′Y ＋n 42He ＋m －1e 根据质量数、电荷数守恒得 A ＝A ′＋4n
第02节核衰变与核反应方程
第四章原子核 第二节原子核衰变及半衰期 ●学习目标 1、知道放射现象的实质是原子核的衰变 2．知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。 3、知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律 4、理解半衰期的概念 ●重点和难点 重点：原子核的衰变规律及半衰期 难点：半衰期描述的对象 课前导学 一、天然放射性的发现 ①物质发射射线的的性质称为放射性。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。 ②放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性 二、放射线中的三剑客 在射线经过的空间施加磁场，射线会分成三束，其中有两束发生了不同的偏转，说明这两束_____________，另一束不偏转，说明_____________。这三种射线叫_____________、_____________、_____________。 三、原子核的衰变 1.定义：原子核自发地放出某种粒子而转变成的变化称为原子核的衰变.可分为、，并伴随着γ射线放出. 2.分类： （1）α衰变：铀238发生α衰变的方程为：，每发生一次α衰变，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个和两个组成的粒子（即氦核）. （2）β衰变：钍234发生β衰变的方程为：，每发生一次β衰变，核电荷数增加1，质量数不变.β衰变的实质是元素的原子核内的一个变成时放射出一个（核内
110 011n H e -→+）. （3）γ射线是伴随 衰变或 衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出 . 3.规律：原子核发生衰变时，衰变前后的 和 都守恒. 注意：元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的. 四、半衰期 1.定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间叫做原子核的半衰期. 2.意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度. 3.特征：半衰期由 的因素决定,跟原子所处的 或 状态无关. 新 知 探 究 一、 放射线中的三剑客 导学释疑：再一次指导学生阅读课本内容，通过小组合作学习，讨论探究以下问题，实现兵教兵。 射线到底是什么？（小组合作讨论） 把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线如图所示：（投影）思考与讨论： ①我们通过什么办法来研究射线的性质？ ②你观察到了什么现象？为什么会有这样的现象？ ③如果α射线，β射线都是带电粒子流的话，根据图判断，他们分别带什么电荷。 学生分组讨论，回答问题。 ①在射线经过的空间施加磁场 ②射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦 兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。 ③根据左手定则，可以判断α射线是正电荷，β射线是负电荷。 合作探究：（教师精讲） 如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？ 带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质， 再次阅读课本内容，填写下列表格。
高二物理人教版选修3-5全册各模块要点回眸：第14点书写核反应方程的四点注意
第14点书写核反应方程的四点注意 书写核反应方程时应注意以下四点： 1．必须遵守质量数和电荷数守恒． 2．核反应方程中的箭头“→”表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号． 3．写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造． 4．书写核反应方程时，应先由已知原子核和已知粒子的质量数和电荷数，确定出未知粒子(或未知核)的质量数和电荷数，然后确定未知粒子(或未知核)是哪种粒子(或哪种元素)． 对点例题(多选)下列核反应方程中，正确的是() A.105B＋(α粒子)→147N＋11H B.2713Al＋10n→2712Mg＋(质子) C.94Be＋42He→126C＋(中子) D.147N＋42He→178O＋(氘核) 解题指导由质量数守恒和电荷数守恒知：A选项中质量数10＋4≠14＋1，D选项中质量数14＋4≠17＋2，所以A、D错误，B、C正确． 答案BC 完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子和中子的． (1)105B＋42He→137N＋() (2)94Be＋()→126C＋10n (3)2713Al＋()→2712Mg＋11H (4)147N＋42He→178O＋() (5)23892U→23490Th＋() (6)2311Na＋()→2411Na＋11H 答案见解析 解析(1)105B＋42He→137N＋10n (2)94Be＋42He→126C＋10n 此核反应使查德威克首次发现了中子． (3)2713Al＋10n→2712Mg＋11H
(4)147N＋42He→178O＋11H 此核反应使卢瑟福首次发现了质子． (5)238 92U→234 90Th＋42He (6)2311Na＋21H→2411Na＋11H
核反应堆物理分析名词解释及重要概念整理
第一章—核反应堆的核物理基础 直接相互作用：入射中子直接与靶核内的某个核子碰撞，使其从核里发射出来，而中子却留在了靶核内的核反应。 中子的散射：散射是使中于慢化(即使中子的动能减小)的主要核反应过程。 非弹性散射：中子首先被靶核吸收而形成处于激发态的复合核，然后靶核通过放出中子并发射γ射线而返回基态。 弹性散射：分为共振弹性散射和势散射。 111001 100[]A A A Z Z Z A A Z Z X n X X n X n X n +*+→→++→+ 微观截面：一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率，或表示一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核发生反应的概率。 宏观截面：表征一个中子与单位体积内原子核发生核反应的平均概率大小的一种度量。也是一个中子穿行单位距离与核发生相互作用的概率大小的一种度量。 平均自由程：中子在介质中运动时，与原子核连续两次相互作用之间穿行的平均距离叫作平均自由程。 核反应率：每秒每单位体积内的中子与介质原子核发生作用的总次数(统计平均值)。 中子通量密度：某点处中子密度与相应的中子速度的乘积，表示单位体积内所有中子在单位时间内穿行距离的总和。 多普勒效应：由于靶核的热运动随温度的增加而增加，所以这时共振峰的宽度将随着温度的上升而增加，同时峰值也逐渐减小，这种现象称为多普勒效应或多普勒展宽。 瞬发中子和缓发中子：裂变中，99％以上的中子是在裂变的瞬间(约10-14s)发射出来的，把 这些中子叫瞬发中子；裂变中子中，还有小于1％的中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的，把这些中子叫缓发中子。 第二章—中子慢化和慢化能谱 慢化时间：裂变中子能量由裂变能慢化到热能所需要的平均时间。 扩散时间：无限介质内热中子在自产生至被俘获以前所经过的平均时间。 平均寿命：在反应堆动力学计算中往往需要用到快中子自裂变产生到慢化成为热中子，直至最后被俘获的平均时间，称为中子的平均寿命。 慢化密度：在r 处每秒每单位体积内慢化到能量E 以下的中子数。 分界能或缝合能：通常把某个分界能量E c 以下的中子称为热中子， E c 称为分界能或缝合能。 第三章—中子扩散理论 中子角密度：在r 处单位体积内和能量为E 的单位能量间隔内，运动方向为Ω的单位立体角内的中子数目。 慢化长度：中子从慢化成为热中子处到被吸收为止在介质中运动所穿行的直线距离。 徙动长度：快中子从源点产生到变为热中子而被吸收时所穿行的直线距离为r M 。 第四章—均匀反应堆的临界理论 反射层的作用： 1. 减少芯部中子泄漏，从而使得芯部的临界尺寸要比无反射层时的小，节省一部分燃料；
高中物理第四章原子核第二节放射性元素的衰变同步练习2粤教版选修
4.2 放射性元素的衰变练习2 姓名：__________ 学号：__________ 成绩：__________ 1、（单项) .某原子核A 经过一次β衰变变成B 核，B 核再发生一次α衰变变成C 核， 则： A ．核A 的中子数减核C 的中子数等于2 B ．核A 的质量数减核 C 的质量数等于5 C ．原子核为A 的中性原子中的电子数比原子核为B 的中性原子中的电子数多1 D ．核C 的质子数比核A 的质子数减少1 2、（单项)一块含铀的矿石质量为M ，其中铀元素的质量为m 。铀发生一系列衰变，最终生 成物为铅。已知铀的半衰期为T ，那么下列说法中正确的有： A ．经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了 B ．经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m /4发生了衰变 C ．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m /8 D ．经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M /2 3、（双项) A 、B 为原来都静止在同一匀强磁场中的两个放射性元素原子核的变化示意 图，其中一个放出一α粒子，另一个放出一β粒子，运动方向都与磁场方向垂直.下图中 a 、 b 与 c 、 d 分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是： A ．磁场方向一定为垂直纸面向里 B ．磁场方向一定为水平方向 C ．A 放出的是α粒子，B 放出的是β粒子 D ．b 为α粒子的运动轨迹，c 为β粒子的运动轨迹 4、（双项) 如图所示，铅盒A 中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射 出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有： A ．打在图中a 、b 、c 三点的依次是α射线、γ射线和β射线 B ．α射线和β射线的轨迹是抛物线 C ．α射线和β射线的轨迹是圆弧 D ．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
原子物理练习题选编
原子与原子核 （一）原子核式结构和玻尔模型 1.卢瑟福提出原子核式结构学说的根据是在用α粒子轰击金箔的实验中,发现粒子( ). (A)全部穿过或发生很小的偏 (B)全部发生很大的偏转 (C)绝大多数穿过,只有少数发生很大偏转,甚至极少数被弹回 (D)绝大多数发生偏转,甚至被弹回 2.氢原子的核外电子,在由离核较远的可能轨道跃迁到离核较近的可能轨道的过程中( ). (A)辐射光子,获得能量 (B)吸收光子,获得能量 (C)吸收光了,放出能量(D)辐射光子,放出能量 3.在玻尔的原子模型中,比较氢原子所处的量子数n=1及n=2的两个状态,若用E 表示氢原子的能量,r表示氢原子核外电子的轨道半径,则( ). (A)E2>E1,r2>r1 (B)E2>E1,r2 第四章原子核 章末整合提升 一、对核反应方程及类型的理解 1．四类核反应方程的比较 (1)熟记一些粒子的符号 α粒子(42He)、质子(11H或P)、中子(10n)、电子(0－1e)、氘核(21H)、氚核(31H) (2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒． 【例1】在下列四个核反应中，X表示中子的是________； 属于原子核的人工转变的是________． A.14 7N＋42He―→17 8O＋X B.2713Al＋42He―→3015P＋X C.21H＋31H―→42He＋X D.235 92U＋X―→9038Sr＋136 54Xe＋10X 答案BCD AB 解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，在A选项中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(11H)；在B选项中，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0，所以是中子(10n)；在C选项中，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，也是中子(10n)；在D选项中，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，也是中子(10n)，故方程中X是中子的核反应为B、C、D.其中A、B为原子核的人工转变． 针对训练1 完成下列核反应方程． A.147N＋42He―→178O＋________ B.3015P―→3014Si＋________ C.23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋________ D.21H＋31H―→________＋10n 其中属于衰变的是______________，属于人工转变的是____________，属于裂变的是____________，属于聚变的是____________． 答案11H 0＋1e 1010n 42He B A C D 解析根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然后由核反应的类型即可判断出反应的类型． 二、半衰期及衰变次数的计算 1．半衰期 第四章反应堆结构与核燃料 反应堆是核电站中的热源，其内部装有可以进行可控链式核反应的核燃料，源源不断地释放出能量。核反应产生的热能通过载热剂传给汽轮机作功，汽轮机带动发电机，产生的电能被输送到电网。 反应堆由堆芯、压力容器、上部堆内构件和下部堆内构件等几部分组成。反应堆安置在反应堆厂房（也称为安全壳）的正中，它的六条进出口接管管嘴支撑在作为一次屏蔽的混凝土坑（即堆坑）内，而堆坑位于一个大约10米深的反应堆换料水池的底部。参见图4.1。 图4.1 反应堆位置 - 35 - - 36 - 图4.2 反应堆剖面图 - 37 - 图4.2是压水堆的结构简图，它可分为以下四部分： ● 反应堆堆芯 ● 堆内构件 ● 反应堆压力容器和顶盖 ● 控制棒驱动机构 4.1 反应堆堆芯 4.1.1 堆芯布置 核反应堆的堆芯位于压力容器中心，由157个几何形状及机械结构完全相同的燃料组件构成，核反应区高3.65m ，等效直径3.04m 。燃料核裂变释放出来的核能立即转变成热能，并由冷却剂导出。 在典型的燃料管理方案中，初始堆芯按燃料组件浓缩度分成三个区。所谓燃料浓缩度也称富集度或丰度，是指燃料中235U 同位素在铀的总量中所占比例。在堆芯外区放置浓缩度高的燃料组件，浓缩度较低的燃料组件则以棋盘状排列在堆芯的内区，如图4.3所示。 通常每年进行一次换料，更换约三分之一燃料组件，称为一个燃料循环。换料原则是将燃耗最深的燃料组件取走，在外区加入新燃料组件，而其余组件在堆芯中央重新布置，使功率分布尽可能均匀。在第六循环之前新加入燃料的浓缩度均为3.25％。为满足不断增长的发电需求，从第七循环开始新换燃料的富集度改为3.7% 。按照规划，今后还将采用长燃耗循环，即18个月换料方式，届时新换燃料的富集度将提高到4.45% 。 图4.3 堆芯分区布置（第一循环） 核反应核能质能方程 一、考点聚焦 核能．质量亏损．爱因斯坦的质能方程Ⅱ要求 核反应堆．核电站Ⅰ要求 重核的裂变．链式反应．轻核的聚变Ⅰ要求 可控热核反应．Ⅰ要求 二、知识扫描 1、核反应 在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变 14 7N+4 2 He 8 O+1 1 H 质子1 1 H的发觉方程卢瑟福 9 4Be+4 2 He 6 C+1 n 中子1 n的发觉方程查德威克 2、核能 〔1〕核反应中放出的能量称为核能 〔2〕质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．〔3〕质能方程：质能关系为Ｅ＝ｍｃ2 原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ2 3、裂变 把重核分裂成质量较小的核，开释出的核能的反应，叫裂变 典型的裂变反应是： 235 92Ｕ+ｎＳr+136 54 Ｘe+101 ｎ 4．轻核的聚变 把轻核结合成质量较大的核，开释出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应开释能量较多，典型的轻核聚变为： 2 1Ｈ+ＨＨe+1 ｎ 5．链式反应 一个重核吸取一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时开释假设干个中子，假如这些中子再引起其它重核的裂变，就能够使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应 三、好题精析 例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子〔v。〕而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯〔C2Cl4〕溶液的巨桶．电子中微子能够将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为 νe＋37 17Cl→37 18 Ar十 0 －1 e 37 17Cl核的质量为36.95658 u，37 18 Ar核的质量为36.95691 u， 0 －1 e的质量为0.00055 u，1 u质量对应的能量 为931.5MeV.依照以上数据，能够判定参与上述反应的电子中微子的最小能量为〔A〕0.82 Me V 〔B〕0.31 MeV 〔C〕1.33 MeV 〔D〕0.51 MeV [解析] 由题意可得：电子中微子的能量E≥E ?=mc2-〔m Ar+m e-m Cl〕·931.5MeV 高中物理-原子核练习 一、选择题 1、（单项）原子半径的数量级是： A．10－10cm; B.10-8m C. 10-10m D.10-13m 2、（单项）若氢原子被激发到主量子数为n的能级,当产生能级跃迁时可能发生的所有谱线总条数应为： A．n-1 B .n(n-1)/2 C .n(n+1)/2 D .n 3、（单项）天然放射现象的发现揭示了( ) A.原子不可再分 B.原子的核式结构 C.原子核还可再分 D.原子核由质子和中子组成 4、（双项）下列说法正确的是( ) A.226 88Ra衰变为222 86 Rn要经过1次α衰变和1次β衰变。 B.238 92U衰变为234 91 Pa要经过1次α衰变和1次β衰变。 C.232 90 Th衰变为208 82 Pb要经过6次α衰变和4次β衰变。 D.238 92U衰变为222 86 Rn要经过4次α衰变和4次β衰变。 1 2 3 4 二、综合题 5、完成下列核反应方程： (1) 234 90Hh→234 91 Pa+ (2) 10 5B+4 2 He→13 7 N+ (3) 27 13Al+1 n→+4 2 He (4) 0 1e+0 1 e→ (5) 1 1 H→+0 1 e 6、一束天然放射线沿垂直电力线的方向从中间进入到两块平行带电金属板M、N之间的匀强电场中,试问： (1)射线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各是哪种射线？(2)M、N各带何种电荷？（请写出解题过程） 7、光滑水平轨道上有一辆小车质量为20 kg,质量为60 kg的人站在小车上,与车一起以5 m/s 的速度运动.试求： （1）相对于车以2 m/s的速度沿车前进的反方向行走,车速是多大? （2）相对于车以2 m/s竖直跳起,车速是多大? （3）相对于轨道以2 m/s竖直跳起,车速是多大? 参考答案： 1、A 2、B 核反应堆是核电站的心脏，它的工作原理是这样的： 原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2—3个中子。这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。由此可知，核反应堆最基本的组成是裂变原子核＋热载体。但是只有这两项是不能工作的。因为，高速中子会大量飞散，这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的机会；核反应堆要依人的意愿决定工作状态，这就要有控制设施；铀及裂变产物都有强放射性，会对人造成伤害，因此必须有可靠的防护措施。综上所述，核反应堆的合理结构应该是：核燃料＋慢化剂＋热载体＋控制设施＋防护装置。 还需要说明的是，铀矿石不能直接做核燃料。铀矿石要经过精选、碾碎、酸浸、浓缩等程序，制成有一定铀含量、一定几何形状的铀棒才能参与反应堆工作。 热堆的概念：中子打入铀－235的原于核以后，原子核就变得不稳定，会分裂成两个较小质量的新原子核，这是核的裂变反应，放出的能量叫裂变能；产生巨大能量的同时，还会放出2～3个中子和其它射线。这些中子再打入别的铀－235核，引起新的核裂变，新的裂变又产生新的中子和裂变能，如此不断持续下去，就形成了链式反应利用原子核反应原理建造的反应堆需将裂变时释放出的中子减速后，再引起新的核裂变，由于中子的运动速度与分子的热运动达到平衡状态，这种中子被称为热中子。堆内主要由热中子引起裂变的反应堆叫做热中子反应堆（简称热堆）。热中子反应堆，它是用慢化剂把快中子速度降低，使之成为热中子（或称慢中子），再利用热中子来进行链式反应的一种装置。由于热中子更容易引起铀－235等裂变，这样，用少量裂变物质就可获得链式裂变反应。慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质，如重水、铍、石墨、水等。热中子堆一般都是把燃料元件有规则地排列在慢化剂中，组成堆芯。链式反应就是在堆芯中进行的。反应堆必须用冷却剂把裂变能带出堆芯。冷却剂也是吸收中子很少的物质。热中子堆最常用的冷却剂是轻水（普通水）、重水、二氧化碳和氦气。核电站的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成。反应堆是核电站的核心。反应堆工作时放出的热能，由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽。因此，整个一回路系统被称为“核供汽系统”，它相当于火电厂的锅炉系统。为了确保安全，整个一回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内，这样，无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全。由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统，与火电厂的汽轮发电机系统基本相同。 轻水堆――压水堆电站自从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下三种：轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它们相应地被用到三种不同的核电站中，形成了现代核发电的主体。目前，热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水堆和沸水堆。压水堆核电站压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开，它是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反应堆，一般冷却剂保持在120～160个大气压。在高压情况下，冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。冷却剂把核燃料放出的热能带出反应堆，并进入蒸汽发生器，通过数以千计的传热管，把热量传给管外的二回路水，使水沸腾产生蒸汽；冷却剂流经蒸汽发生器后，再由主泵送入反应堆，这样来回循环，不断地把反应堆中的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽，推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽在冷凝器中凝结成水，再由凝结给水泵送入加热器，重新加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。压水堆由压力容器和堆芯两部分组成。压力容器是一个密 封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳，所用的钢材耐高温高压、耐腐蚀，用来推 核反应堆类型简介 核反应堆（Nuclear Reactor），又称原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置，是一种启动、控制并维持核裂变或核聚变链式反应的装置。在反应堆之中，核变的速率可以得到精确的控制，其能量能够以较慢的速度向外释放，供人们利用。核反应堆，是一种启动、控制并维持核裂变或核聚变链式反应的装置。相对于核武爆炸瞬间所发生的失控链式反应，在反应堆之中，核变的速率可以得到精确的控制，其能量能够以较慢的速度向外释放，供人们利用。 核反应堆分类有： 按时间分可以分为四代： 第一代核电站是早期的原型堆电站，即1950年至1960年前期开发的轻水堆核电站，如美国的希平港压水堆、德累斯顿沸水堆以及英国的镁诺克斯石墨气冷堆等。 第二代核电站是1960年后期到1990年前期在第一代核电站基础上开发建设的大型商用核电站，如、加拿大坎度堆、苏联的压水堆等。目前世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。 第三代是指先进的轻水堆核电站，即1990年后期到2010年开始运行的核电站。第三代核电站采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统，如先进的沸水堆、系统80+、AP600、欧洲压水堆等。 第四代是待开发的核电站，其目标是到2030年达到实用化的 程度，主要特征是经济性高（与天燃气火力发电站相当）、安全性好、废物产生量小，并能防止核扩散。 按用途分：动力核反应堆；研究核反应堆；生产核反应堆（快滋生反应器）。 按反应堆慢化剂和冷却剂分： 轻水堆（压水反应堆、沸水反应堆）：轻水型反应堆使用相对分子质量为18的轻水作为慢化剂和冷却剂； 重水堆：重水堆可按结构分为压力容器式和压力管式两类。两者都使用重水做慢化剂，但前者只能用重水做冷却剂，后者却可用重水、轻水、气体等物质做冷却剂； 石墨气冷堆；石墨液冷堆。 按反应堆中中子的速度分：热中子堆；快中子堆。 核反应堆有许多用途，最重要的用途是产生热能，用以代替其他燃料，产生蒸汽发电或驱动航空母舰等设施运转。 按用途分：将中子束用于实验或利用中子束的核反应，包括研究堆、材料实验等；生产放射性同位素的核反应堆；生产核裂变物质的核反应堆，称为生产堆；提供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆，比如多目的堆；为发电而发生热量的核反应，称为发电堆；用于推进船舶、飞机、火箭等到的核反应堆，称为推进堆。 如此多的反应堆种类，意味着很多的人才空缺，让我感觉到核电事业亟待人才的加入，我决心努力学习，将来为我国核电事业作出一番贡献。 2013-2014学年度北京师范大学万宁附属中学 核反应方程专项训练卷 考试范围：核反应方程；命题人：王占国；审题人：孙炜煜 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、选择题（题型注释） 1．下列说法正确的是______．（选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分；每选错1个扣2分，最低得分为0分） a ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 b ．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，其核反应方程式是147N ＋42He →171 81O H + c ．21083Bi 的半衰期是5天，12g 21083Bi 经过15天后还有1.5g 未衰变 d ．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能增大，原子总能量增大 e ．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象 【答案】abc 【解析】 试题分析：太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应,a 正确； 卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，其核反应方程式是147N ＋42He →171 81O H +，b 正确； 21083 Bi 的半衰期是5天，12g 21083Bi 经过5天后还有6g 未衰变， 经过10天后还有3g 未衰变，经过15天后，还有1.5g 未衰变，C 正确； 库仑力对电子做负功，所以动能变小，电势能变大（动能转为电势能），因为吸收了光子，总能量变大，故d 错误； 光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象，e 错误。 2．钚的一种同位素 23994 Pu 衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为 2392354 94 922Pu U He γ→ ++, 则 （ ） A ．核燃料总是利用比结合能小的核 B ．核反应中γ光子的能量就是结合能 C ． 23592 U 核比23994Pu 核更稳定，说明235 92U 的结合能大 D ．由于衰变时释放巨大能量，所以239 94 Pu 比23592U 的比结合能小 【答案】AD 原子物理 1．（03理综）下面列出的是一些核反应方程： 3015 P →3014Si ＋X 9 4Be ＋2 1H →105B ＋Y 42He ＋4 2He →7 3 Li ＋Z 其中（ ） A ．X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子 B ．X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子 C ．X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子 D ．X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子 2．（03理综）K － 介子衰变的方程为：K － →π－ ＋π0，其中K － 介子和π－ 介子带 负的基元电荷，π0介子不带电。一个K － 介子沿垂直于磁场的方向射入匀 强磁场中，如图1，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π－ 介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径R K -与R π-之比为2︰1。π0介子 的轨迹未画出。由此可知π－ 的动量大小与π0的动量大小之比为（ ） A ．1︰1 B ．1︰2 C ．1︰3 D ．1︰6 3．（04甘肃理综）在核反应方程式kX Xe Sr n U ++→+136 5490381023592中（ ） A ．X 是中子，k=9 B ．X 是中子，k=10 C ．X 是质子，k=9 D ．X 是质子，k=10 4．（04山东理综）本题中用大写字母代表原子核。E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰 变成为H 。上述系列衰变可记为下式：E F G H βαα →→→，另一系列衰变如下：P Q R S ββα → →→，已知P 是F 的同位素，则（ ） A ．Q 是G 的同位素，R 是H 的同位素 B ．R 是E 的同位素，S 是F 的同位素. C ．R 是G 的同位素，S 是H 的同位素 D ．Q 是E 的同位素，R 是F 的同位素 5．（04天津） 中子内有一个电荷量为e 32+ 的上夸克和两个电荷量为e 3 1 ?的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r 的同一圆周上，如图1所示。图2给出的四幅图中，能正确表示出各夸克 所受静电作用力的是（ ） 原子核 教学目标 1．通过人类认识原子核组成的过程复习，使学生明确认识依赖于实践；科学的认识源于科学家们的科学实验与研究探索．从而培养学生的科学态度与探索精神． 学生应知道一些重要的物理事实：天然放射性的发现，质子、中子、放射性同位素的发现等，恰恰是明确原子核组成的实验基础． 2．掌握衰变及原子核人工转变的规律——质量数守恒、核电荷数守恒．学生应能根据实际写出正确的核反应方程．应用衰变规律分析解决相关问题，并明确半衰期的意义． 3．明确核力、结合能、平均结合能、质量亏损、爱因斯坦质能方程的意义，并掌握其应用——获得核能的途径（裂变、聚变）． 教学重点、难点分析 1．放射性元素衰变时，通常会同时放出α、β和γ三种射线，即α、β衰变核反应同时放出γ射线（释放能量）．在某些特殊情况下，某些放射性元素只放出α或只放出β射线．但任何情况下都不会只放出γ射线，γ射线只能伴随α或β射线放出．发现放射性同位素的同时，发现正电子的核反应可称为放射性同位素的+β衰变，其核反应方程为 放射性元素的半衰期只决定于原子核的性质，与元素所处物理、化 对应质量关系 2．写四类核反应方程，即衰变、人工转变、裂变、聚变核反应时，要遵循三个守恒，即质量数、荷电核数、能量守恒．但要以核反应的事实为基础，不能仅根据质量数、荷电核数两个守恒而书写出事实上不存在的核反应．另外，核反应通常是不可逆的，方程中只能用“→”连接并指示反应方向，而不能用“=”连接． β衰变与+β衰变中，新原子核的荷电核数的变化，可理解为在原来的核中有： 3．△E=△mc2这一爱因斯坦质能关系式，是释放原子核能的重要理论依据．具体应用之计算核能时要注意单位的统一，△m单位是“kg”，△E单位是“J”；若△m单位是“U”，则△E的单位是“MeV”． 此结论可在计算中直接应用． 4．裂变与聚变均是释放原子核能（结合能）的核反应，应理解为反应后均发生质量亏损，所以都释放出核能以γ光形式辐射；重核裂变、轻核聚变都是变成中等质量核，即都是由核子平均结合能小的核变成核子平均结合能大的核；又都是在一定条件下才能完成的核反应，即必须先吸收能量（有中子轰击或超高温存在），再释放能量；是由于生成新核的核子平均结合能大，所以反应吸收的能量小于核子平均结合能与核子数乘积（释放的能量）． 5．在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成新核与粒子的动能．此种情况可应用动量守恒与能量守恒计算核能． 教学过程设计 教师活动 问：人类是怎样认识到微观原子核的组成的 再通过以下具体问题引导同学回答： 学生活动 同学们看书、讨论． 1反应堆分类：按中子能量分：快中子堆中能中子堆慢中子堆按形势分：非均匀堆均匀堆按燃料分：钍堆浓缩铀堆天然铀堆按冷却剂慢化剂分：熔盐堆有机堆沸水堆（轻水堆）压水堆重水堆石墨气冷堆石墨冷水堆按用途分：研究堆生产堆动力堆生产动力堆 2压水堆的组成：压水堆主要由核反应堆，一回路系统，二回路系统，其他辅助系统组成 3 PWR堆堆芯设计要求：堆芯功率分布应尽量均匀，以便使堆芯有最大的功率输出；尽量减小堆芯内不必要的中子吸收材料，以提高中子经济性；有最佳的冷却剂流量分配和最小的流量阻力；有较长的堆芯寿命，以适当减少换料操作次数；堆芯结构紧凑，换料操作简单便。 4 1，2回路厂房中设备系统一回路厂房也就是反应堆安全壳，为一个立式圆柱状半球型顶盖或球型建筑物内径约30-40米，高约为60-70米，内有反应堆，主循环泵，稳压器，汽发生器和相应的管道阀门以及其他辅助设备组成的一回路系统。二回路厂房与普通火电厂的汽轮机发电机组厂房相似，内有汽轮机发电机，凝汽器，凝结水泵，低压回水加热器，高压回水加热器，除氧器，给水泵，汽水分离再热器，主蒸汽管道有关的辅助设备组成的二 5 压水堆本体结构：堆芯，压力容器，堆内构件，堆芯组件和控制棒驱动机构组成 6 PWR堆芯结构：核燃料组件，控制棒组件，固体可燃毒物，固体中子源和阻力塞组件等。 7 可燃毒物组件的结构和作用：只用于第一燃料循环的全新堆芯，用于控制堆芯的初始反应性，功能是降低冷却剂水中的硼浓度，保持慢化剂负温度系数，可燃毒物棒为装在304 型不锈钢包壳管内的一根硼玻璃管(B2O3+SiO2)硼玻璃管在内径全长还用薄壁304型不锈钢管状内衬支撑，包壳管两端堵塞并施密封焊，内外包壳之间留有足够气隙空间，以容纳放出的氦气，限制其内压小于反应堆运行压力，将可燃毒物棒固定在压紧组件上就构成可燃毒物组件 8 压力容器原材原则：材料具备高度的完整性；具有适当的强度足够的韧性；导热性能好；便于加工制造，成本低廉；具有低的辐照敏感性 9 压力容器本体结构：上法兰，密封台肩，一节接管段，二节堆芯包容环段，一节过渡段，一只半球形下封头组成组成。 10 反应堆容器顶盖结构：由顶盖法兰和顶盖本体焊接而成，顶盖本体为板材热锻成型，上面焊有3只吊耳，一根排气管，一块金属支撑板，控制棒驱动机构管座，热电偶管座 11 压力容器失效形成:延性断裂：机械应力超过材料的屈服应力，承载段就开始塑性变形而后断裂；；；脆性断裂：压力容器加工过程会产生微裂纹和材质不均匀性，承载后裂纹端部应力增大并可能导致裂纹扩展，在适当条件下，裂纹会无限扩展形成断裂 12 堆内结构的定义结构功能：堆内构件是指装在反应堆容器内，除了以下结构之外的所有其他构件：燃料组件，棒束控制组件，及其传动轴，可燃毒物组件，中子源组件，阻力塞组件和堆内测量仪表。由下部支撑结构（包括热中子屏蔽），堆芯上部支撑结构（包括控制棒束导向管）和压紧弹簧组成。；；；；；；；；；；；；主要功能：为冷却剂提供流道；为压内容器提供屏蔽，使其免受或少受堆芯中子辐射影响；为燃料组件提供支撑和压紧；固定监督用的辐照样品；为棒束控制棒组件和传动轴以及上下堆内测量装置提供堆内向导；平衡机械载荷和水力载荷；确保堆容器顶盖内的冷却水循环，以便顶盖保持一定温度 13 下部支撑结构的组成：堆芯吊篮组件（含堆芯支撑板）；热中子屏蔽；流量分配孔板；堆芯下栅格板；堆芯围板组件；堆芯二次支撑和测量通道。 14 热屏蔽的原因方法改进：在辐照最大区域加强中子辐照防护，热屏蔽由4块不锈钢板组成不连续的圆筒形，在反应堆中心铀的4个象限位置上（0° 90° 180° 270°）用螺钉连接在堆芯吊篮外壁上，热屏还支撑辐照样品监督管。 15上部支撑结构的作用和组成作用：将堆芯组件定位、压紧、防止因冷却剂流动的水力作用使堆芯组件上移；组成控制棒驱动线的重要构件，保证控制棒对中，起导向作用，使控制棒 第一章绪论（简答） 1. 核反应堆分类： 按中子能谱分快中子堆、热中子堆 按冷却剂分轻水堆(压水堆,沸水堆)、重水堆、气冷堆、钠冷堆 按用途分研究试验堆:研究中子特性、生产堆: 生产易裂变材料、动力堆:发电舰船推进动力2.各种反应堆的基本特征: 3.压水堆优缺点： 4.沸水堆与压水堆相比有两个优点：第一是省掉了一个回路，因而不再需要昂贵的蒸汽发生器。第二是工作压力可以降低。为了获得与压水堆同样的蒸汽温度，沸水堆只需加压到约72个大气压，比压水堆低了一倍。 5.沸水堆的优缺点： 6.重水堆优缺点：优点： ●中子利用率高（主要由于D吸收中子截面远低于H） ●废料中含235U极低，废料易处理 ●可将238U 转换成易裂变材料 238U + n →239Pu 239Pu + n →A+B+n+Q(占能量一半) 缺点： ●重水初装量大，价格昂贵 ●燃耗线（8000～10000兆瓦日／T（铀）为压水堆1/3） ●为减少一回路泄漏（因补D2O昂贵）对一回路设备要求高 7.高温气冷堆的优缺点：优点： ●高温，高效率（750～850℃，热效率40％） ●高转换比，高热耗值（由于堆芯中没有金属结构材料只有核燃料和石墨，而石墨吸收中子截面小。转换比0.85，燃耗10万兆瓦日/T（铀）） ●安全性高（反应堆负温度系数大，堆芯热容量大，温度上升缓慢，采取安全措施裕量大） ●环境污染小（采用氦气作冷却剂，一回路放射性剂量较低，由于热孝率高排出废热少）●有综合利用的广阔前景（如果进一步提高氦气温度～900℃时可直接推动气轮机；～1000℃时可直接推动气轮机热热效率大于50％；～1000－1200℃时可直接用于炼铁、化工及煤的气化） ●高温氦气技术可为将来发展气冷堆和聚变堆创造条件 8.钠冷快堆的优缺点：优点： ●充分利用铀资源 239Pu + n →A+B＋2.6个n 238U + 1.6个n →1.6个239Pu （消耗一个中子使1.6个238U 转换成239Pu ）●堆芯无慢化材料、结构材料，冷却剂用量少 ●液态金属钠沸点为895℃堆出口温度可高于560 ℃ 缺点： ●快中子裂变截面小，需用高浓铀（达～33％） ●对冷却剂要求苛刻，既要传热好又不能慢化中子，Na是首选材料，Na是活泼金属，遇水会发生剧烈化学反应，因此需要加隔水回路 9.各种堆型的特点、典型运行参数 第二章堆芯材料选择和热物性（简答） 1.固体核燃料的5点性能要求：教材14页 2.常见的核燃料：金属铀和铀合金、陶瓷燃料、弥散体燃料 3.选择包壳材料，必须综合考虑的7个因素：包壳材料的选择 ?中子吸收截面要小 ?热导率要大 ?材料相容性要好高中物理第四章原子核章末整合提升教学案粤教版选修3_5
反应堆结构与核燃料
核反应核能质能方程
高中物理-原子核练习
反应堆原理
核反应堆类型简介
核反应方程专项训练卷
高中物理 原子物理
原子核、核反应练习题
反应堆结构与材料重点
《核反应堆热工分析》复习资料大全