文档介绍：惊人的能量——核能
核能及其机理
核反应堆
核电站
核燃料处理
同位素辐射技术
核能及其机理
1. 原子的组成
     原子是由质子、中子和电子组成的。世界上一切物质都是由原子构成
的,任何原子都是由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成
的。一个铀-235原子有92个电子,其原子核由92个质子和143个中子组成。
50万个原子排列起来相当一根头发的直径。如果把原子比作一个巨大的宫
殿,其原子核的大小只是一颗黄豆,而电子相当于一根大头针的针尖。一座
100万千瓦的火电厂,每年要烧掉约330万吨煤,要用许多列火车来运输。
而同样容量的核电站一年只用30吨燃料。
原子的大小与质量
在原子中,电子的数目与其原子核中质子的数目相等,所以整个原子是呈电中性。原子是非常小,非常轻的。(10-8厘米)。原子的静止质量约为1×10-27-1×10-23克,如果一滴水像地球那样重,它中间的一个原子才不过几千克。原子的质量几乎全部集中在原子核上。国际上规定用碳-12原子质量的1/12作为原子质量单位,×10-24克。这样,知道了碳原子的绝对质量,任何原子的绝对质量都可以从它们的相对质量中算出。因为中子与质子的相对质量都接近于1,所以,原子核中的核子数(质子和中子)就是原子的质量数。
2. 原子核的结构
    
原子核一般是由质子和中子构成的,最简单的
氢原子核只有一个质子,原子核中的质子数(即原
子序数)决定了这个原子属于何种元素,质子数
和中子数之和称该原子的质量数。
原子核的大小与质量
原子核的直径为10-13-10-12厘米。它由一定数量的质子和中子组成,具有自旋、宇称和电磁矩等性质。质子带正电荷;中子为中性粒子,不带电荷。在外界场或粒子的作用下,原子可能失去部分外围电子。电子不足的原子我们称为正离子;原子也可以吸附电子,此时它被称为负离子。自然界中最轻的原子核只由一个质子组成,它是氢的原子核;最重的原子核由94个质子和150个中子组成,它是钚-244的原子核。人工合成的原子核的质子数现已达到116。
我们来看几个具体的原子、原子核结构的例子。
氢(H)原子:由1个质子(即氢原子核)和1个绕它高速旋转的电子组成;
氦(He)原子:由2个质子和2个中子(组成氦原子核)和绕氦原子核高速旋转的2个电子组成;
氧(O)原子:由8个质子和8个中子(组成氧原子核)和绕氧原子核高速放置的8个电子组成;
铀(U)原子:如铀-235由92个质子和143个中子(组成铀原子核)和绕铀原子核高速旋转的92个电子组成
原子核的质量并不等于组成原子核的核子质量之和。组成原子核的质子及中子的质量之和与该原子质量之差称为该核的质量亏损。核子结合成原子核时,这种质量上的养活按照质能关系,能释放出巨的大的能量,这种能量称为原子核的结合能。简单的氕核结合能,。可见,原子核中蕴藏着无穷无尽的能量,是一个能源宝库。

原子核自发地放射出α,β,γ等射线的现象,称为放射性。
中子数和质子数过多或偏少的核素都是不稳定的,它会自发地蜕变成另一种核素,同时放出射线。这种现象叫做放射性衰变。放射性衰变主要有三种:α衰变、β衰变和γ衰变。
放射性活度是一定量的放射性物质在单位时间间隔内的核衰变数。它的法定计量单位是贝可。1贝可=1次衰变每秒。它与旧单位居里的关系:1居里=×1010贝可。在单一的放射性衰变过程中,放射性核素的活度减少到其原有值一半所需的时间,称为半衰期。它是放射性元素的一个特性常数。
原子核放射性衰变的规律为:放射性原子核的数目随时间按指数规律减少。鉴于α,β,γ射线的电离作用和贯穿本领,在工农业生产和科学研究中有重要应用。
4. 核素和同位素
具有特定质量数、南子数和核能态的一类原子称为核素。具有放射性的核素称为放射性核素,不发生和极不易发生放射性衰变的核素,称为稳定核素。
质子数P相同而中子数N不同的一些原子,或者说原子序数Z相同而原子质量数不同的一些原子,它们在化学元素周期表上占据同一个位置,称为同位素。所以,“同位素”一词用来确指某个元素的各种原子,它们具有相同的化学性质。同位素的化学性质基本相同,但核特性不同。具有放射性的同位素就叫做放射性同位素。存在于自然界中的放射性同位素叫做天然放射性同位素;用人工方法制造出的放射性同位素叫做人工放射性同位素。不具有放射性的同位素,其原子核是稳定的,称为稳定同位素。同位素按其质量不同通常又分为轻同位素和重同位素。同位素按其质量不同通常分为重同位素(如铀-238、铀-235、铀-234和铀-233)和轻同位素(如氢的同位素有氘、氚)。
5. 核能
   