文档介绍：知识改变命运勤奋塑造成功
整理人
落叶
时间
2011-4-15
天才是百分之九十九的勤奋加百分之一的灵感
核电站工作原理

核电站提供了世界上大约17%的电能。一些国家或地区对核电的依赖要比其他发电方式更高。例如,根据国际原子能机构提供的数据,在法国,大约75%的电是由核电站生产的。在美国,核电站共提供了大约15%的电能,但各州利用核电的情况并不统一。全世界共有超过400座核电站,而其中有超过100座在美国。
座落于北卡罗莱纳州罗利市的
希隆·哈里斯(Shearon Harris) 核电站的穹顶形的安全壳建筑。
您了解核电站的工作原理以及核能的安全性吗?在这篇文章中,我们将为您介绍核反应堆和核电站的工作原理,并带您了解核裂变的原理以及核反应堆的内部情况。
铀是地球上一种相当普通的元素,在地球形成时就存在于这个行星中了。铀原本是在恒星中形成的。年老的恒星爆炸,其尘埃聚集起来形成了地球。铀-238 (U-238) 有一个非常长的半衰期(大于45亿年),因此现在它们仍然大量存在。铀-238占地球上所有铀的99%,铀-235 %。铀-234是由铀-238衰变形成的,它更加稀少。(铀-238经过很多阶段的阿尔法和贝塔衰变才能转变为稳定的铅同位素,而铀-234是这条反应链上的一环。)
铀-235有一个奇特的特性让它既可以用于核能发电也可以用于制造核弹。铀-235和铀-238一样都是通过辐射阿尔法射线的方式衰变。铀-235同时也在一小部分时间中进行着自发裂变。然而,铀-235是少数能够发生诱发裂变的物质之一。如果一个自由中子撞击铀-235的原子核,它的原子核将会立即吸收这个中子而变得不稳定,并马上分解。请查看核辐射揭秘以了解全部细节。
核裂变
下面的动画演示了一个中子从上部接近铀-235的原子核。一旦原子核捕捉到中子,它马上分解为两个轻一些的原子,同时释放出两个或三个新的中子(中子的个数取决于铀-235原子分解的方式)。两个新的原子释放出伽马射线并稳定到新的状态。有三件事情让这个诱发裂变过程变得有趣:
铀-235原子捕捉一个正在穿过的中子的概率非常高。在正常工作的核反应堆中(称为临界状态),每次裂变释放出的中子都会导致另一次裂变的发生。
捕捉中子并发生分解的过程非常迅速,单位为皮秒(即1x10-12秒)。
当单个原子分解时,会有巨大的能量通过热和伽马辐射的形式释放出来。裂变生成的两个原子也能够释放贝塔和伽马射线。单个裂变反应之所以能释放出能量,是因为裂变产物和中子加在一起的质量比原来的铀-235原子的质量要小。方程E=mc2决定了质量差异转化为能量的比率。
单位约为200MeV(百万电子伏特)的能量被铀-235原子通过衰变释放出来(下面的公式将这些量转化为我们常见的单位,1eV=-12尔格,1x107尔格=1焦耳,1焦耳=1瓦秒,而1BTU(热量单位)=1055焦耳)。这些可能看上去不是很多,但是一斤铀中有大量的铀原子。事实上,一斤高浓铀被用于为核潜艇或者核动力航母提供能量,这约等于380万升汽油能提供的能量。如果考虑到一斤铀的尺寸比一个棒球还小,而380万升的汽油却能够装满边长为15米(有五层楼高)的立方体,您就能对铀-235 所蕴含的能量有个概念了。
为使铀-235的这些特性得到发挥,铀