文档介绍：物理(通用类) 物理(通用类) 第二节核能核技术一、重核裂变二、轻核聚变物理(通用类) 物理(通用类) 一、重核裂变 1939 年12月,德国物理学家哈恩(左图) 和他的助手斯特拉斯曼(右图)发现,用中子轰击元素周期表中的第 92号元素铀时,铀核发生了分裂,变成了钡、镧等一些中等质量的原子核。后来科学家们把这种重原子核分裂成两个中等质量原子核的过程,叫做裂变。科学家们发现,重核裂变反应后的产物的总质量比反应前的反应物的总质量减少,这种现象叫做质量亏损。爱因斯坦的质能关系指出,物体的能量和质量之间存在着密切的联系。重核裂变时出现质量亏损,必然要放出能量。我们把这种在核反应中放出的能量叫做核能。E= mc 2 经过计算发现,如果 1 kg 铀全部裂变,放出的能量超过 2 000 t 优质煤完全燃烧时释放的能量。物理(通用类) 物理(通用类) 由于一般情况下,铀核裂变时总要释放出 2~3个中子,这些中子又会引起其他铀核的裂变,这样,裂变反应就会不断地进行下去,释放出越来越多的能量,这就是链式反应,如下图所示。物理(通用类) 物理(通用类) 铀块的体积对于产生链式反应是一个重要因素。因为原子核非常小,如果铀块的体积不够大,中子从铀块中通过时,可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了。能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。如果铀的体积超过了它的临界体积,只要有中子进入铀块,会立即引起铀核的链式反应,在极短的时间内就会释放出大量的核能,发生猛烈的爆炸。原子弹就是根据这个原理制成的。下图为我国第一颗原子弹于在西部地区爆炸成功。物理(通用类) 物理(通用类) 原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的,为了用人工方法控制链式反应的速度,使核能比较平缓地释放出来,人们制成了核反应堆。反应堆用浓缩铀作为核燃料,用石墨、重水或普通水作为中子的减速剂,用易于吸收中子的金属镉做成控制棒,控制裂变反应速度,反应堆的示意图如下图所示。当反应过于激烈时,使镉棒插入深一些,让它多吸收一些中子,反应速度就会慢下来。用计算机自动地调节镉棒的升降,就能使反应堆保持一定的功率安全地工作。物理(通用类) 物理(通用类) 为了防止铀核裂变过程中放出的各种射线对人体的危害,在反应堆的外面要修建很厚的水泥防护层,用来屏蔽射线,不让它们透射出来。对放射性的核废料,要装入特制的容器,埋入地层深处。核电站消耗的燃料很少,一座百万千瓦级的核电站,每年只消耗 30吨左右的浓缩铀,而同样功率的火电站,每年要消耗 250 万吨左右的煤。反应堆工作时,核燃料裂变释放出的核能转变为热能,使反应堆的温度升高。为了控制反应堆的温度,使它能正常工作,需要用水等流体作冷却剂, 在反应堆内外循环流动,不断地带走热能。这些热能将水转变为蒸汽,蒸汽又推动蒸汽轮机发电。核电站的结构示意图如下图所示。物理(通用类) 物理(通用类) 根据国际原子能机构 2005 年10月发表的数据,自 1954 年世界上第一座核电站建成以来,全世界已有 31个国家和地区建成了 400 多个核电站,核电年发电量占全世界发电总量的 17%。目前,我国共有浙江秦山核电站、广东大亚湾核电站、秦山二期核电站、广东岭澳核电站、秦山三期核电站、江苏田湾核电站 6座核电站, 11台核电机组投入商业运行,装机总容量达到 900 万千瓦,核电发电量占全国总发电量的 2