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《(12)第七章 核能 新能源》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、新能源利用技術王一平教授天津大學化工學院2013.6.3第七章核能主要內容概述核能的和平利用核能存在的問題一、概述1.原子核的結合能原子核是由質子和中子組成的，它的質量等于所有質子和中子的質量之和：根據(jù)愛因斯坦質能關系，原子核的結合能為：?E=(?m)c2mx=Zmp+(A-Z)mn但實驗測定的原子質量mx總是小于所有核子質量之和，這一差值稱為原子核的質量虧損：?m=Zmp+(A-Z)mn-mX質子和中子組成核的過程中，有能量?E釋放出來。反之，要使原子核再分解為單個的質子和中子就必須吸收?E的能量。氘核吸收?E能量后分解為質子和中子?E
2、氘質子中子原子結合能的計算一原子質量單位具有能量質子質量中子質量核子平均結合能原子核的結合能核子的比結合能?(MeV)原子核的結合能?E(MeV)核核子的比結合能?(MeV)原子核的結能?E(MeV)核核子的比結合能越大，原子核就愈穩(wěn)定。原子核的結合能非常大，所以一般原子核都是非常穩(wěn)定的系統(tǒng)。然而，不同原子核的穩(wěn)定程度不同。每個核子的平均結合能稱為比結合能：a.最輕和最重的核的比結合能較小。b.大多數(shù)中等質量的核，比結合能較大且近似相等(都在8MeV左右)。這說明中等質量的核最穩(wěn)定。獲得核能途徑有：裂變和聚變。裂變炸彈——鈾彈聚變炸彈——
3、氫彈用能量為1eV以下的慢中子轟擊鈾核時，鈾核會分裂為兩個質量相近的中等質量的核，同時放出一至三個快速中子。這種重核分裂為中等質量核的過程稱為重核的裂變。裂變后形成的中等質量的核具有過多的中子，由于中子具有放射性，所以這些中等質量的核是不穩(wěn)定的。它們通過一系列的?衰變，放射性的中等質量的核才轉化為穩(wěn)定核。2、裂變原子彈：鈾核裂變時放出巨大的能量，同時放出多于二個中子，若分裂時放出的中子全部被別的鈾核吸收，又引起新的裂變，這樣，裂變的數(shù)目將按指數(shù)規(guī)律增大，結果形成一發(fā)散的鏈式反應，這就是原子彈中發(fā)生的情況。受控核反應：如果在受控條件下，每次
4、裂變平均只有一個中子引起新的裂變，維持穩(wěn)定的鏈式反應，這就是核反應堆中的情況。根據(jù)原子核鏈式裂變反應的原理，在意大利物理學家費米的領導下，世界上第一座原子核反應堆于1942年12月6日芝加哥大學試驗成功，把人類帶進了原子能時代。根據(jù)原子核鏈式裂變反應的原理，美國于1945年7月16日爆炸了世界上第一顆原子彈。我國于1964年10月16日爆炸了第一顆原子彈。3、氫核聚變氫彈爆炸氫彈：利用氘、氚（氫的同位素）等輕原子核的聚變反應原理制成的核武器通常稱為氫彈。氫彈反應式氫彈結構示意圖不受控制的聚變已于1952年11月1日實現(xiàn)，這就是氫彈爆炸。1
5、954年3月1日實現(xiàn)，美國在太平洋上的比基尼島進行了一次威力巨大的氫彈爆炸實驗，這顆氫彈產生的破壞力是投向廣島的原子彈的750倍。我國于1967年6月17日爆炸了第一顆氫彈。太陽的能量來自太陽內部的核聚變，地球的能量主要來自太陽能。二、核能的和平利用1、核電站如果使原子核的裂變和聚變在可以控制的條件下緩慢地進行，則釋放出的核能就可以被有效地利用。1954年6月17日世界上第一座核電站前蘇聯(lián)的奧布靈斯克核電站建成并投入使用。核電站原理核電站就是利用原子核裂變時產生的巨大熱量，使水變成蒸汽，推動汽輪機運轉，再帶動發(fā)電機發(fā)電。核電站原理核電站發(fā)
6、電過程中的能量轉化核能內能機械能電能核能發(fā)電優(yōu)點1.干凈環(huán)保，基本上不排放有害氣體，尤其是不排放溫室氣體；2.消耗燃料少，燃料運輸成本低。（大亞灣核電站每年僅需消耗核燃料60噸左右，而同等規(guī)模的火力發(fā)電站則每年需要消耗燃煤600萬噸左右。）核電站的廢物處理系統(tǒng)核能利用前景目前，全世界核電站的發(fā)電量約占總發(fā)電量的20%。2030年將達到25%。我國十分重視核能的利用，目前，秦山核電站和大亞灣核電站已經運行發(fā)電，幾座新的核電站正在建設之中。受控制的核聚變仍然在研究中，如果成功將徹底解決人類的能源問題。2、產生動力作為動力推動船艦，原子破冰船，
7、核動力商船等。優(yōu)點：續(xù)航力強，馬力大，航速高。美國的尼米茲級航母應用的核動力在不加任何燃料的情況下可續(xù)航20年。3、生產新的核燃料U238產生Pu239Th232產生U233中子轟擊Li產生核聚變材料氚有的反應堆生產出來的核燃料甚至比消耗掉的核燃料還多。危險的钚4、生產放射性同位素生產放射性同位素兩種方法:從乏燃料的裂變產物和次要錒系元素中提取出有用的放射性同位素，比如銫Cs137。將純的非放射性同位素放在反應堆的中子通道中以中子照射生產放射性同位素，比如用鈷Co59生產Co60。5、進行中子活化分析活化分析是一種核分析方法，它的基礎是核
8、反應。該法是用一定能量和流強的中子，帶電粒子或者高能γ光子轟擊待測試樣，然后測定核反應中生成的放射性核衰變時放出的緩發(fā)輻射或者直接測定核反應中放出的瞬發(fā)輻射，從而實現(xiàn)元素的定性定量分析。可以用
