文档介绍：核反应堆的物理基础
原子核为什么会裂变/聚变？
什么条件下易发生裂变/聚变？
核能从哪里来？
原子与原子核能
原子内部特性
核裂变原理
核聚变原理
电子 me = ×10-31 kg
= 生约250种不同的核素，称为裂变产物
铀-235的裂变产物质量数分布概率曲线呈现出两个明显的峰，分别位于质量数为65和140附近
铀-233和钚-239的裂变产物质量数分布概率曲线与铀-235的十分接近
反应堆能实现控制的决定性条件！！
裂变产生的中子
快中子（>）
%
瞬发中子
%
缓发中子
裂变后十万分之一秒左右放出(10-6-10-4s)
能量约在1～2兆电子伏范围内，速度为14000～20000千米/秒
慢中子
(<)
裂变后几分钟～几小时内逐渐释放出来
裂变能量(1)
反应前后的质量
裂变前
质量(u)
裂变后
质量(u)
235U
95Kr
n
139Ba
2n
总计
质量亏损： 67-＝（u）
裂变能量(2)
一个铀-235核裂变方式产生的能量
己知1u的总能量为931兆电子伏
×931=200（兆电子伏）
裂变能的存在形式
裂变能的大部分（约80％）是以碎片动能的形式出现的。它们很快被周围的介质减速，将能量逐步交给介质。
约有20％的能量由瞬时γ射线和中子带走。其余的能量随着裂变产物的放射性衰变，通过β和γ辐射的形式逐渐放出。
1克铀-235核裂变释放的能量
1克铀-235的原子数为：
×1023／=×1021
1克铀-235核全部裂变时，释放出的总能量为：×1023兆电子伏，它相当于8×107千焦热量，而燃烧1克标准煤平均只能得到29千焦的热量
铀－235裂变释放出的能量比燃烧煤大270万倍
裂变能量(3)
比较 : 裂变能 n + 235U X + Y+ E 200 MeV
化学能 C + O2 CO2 + E 4 ev
汽油与氧的爆炸，一个分子释放 40-50 eV
TNT 爆炸自身释放能量，每个分子 30 eV
链式裂变反应
自持式链式裂变反应
核爆炸原理
可控链式裂变反应
核电厂反应堆原理
控制发生裂变的中子数 ，控制反应速度
如何才能使链式反应不变成***似的在瞬间倍增，而是维持不变的核反应速率？
必须保证每次裂变放出的中子只有一个用于其它核素的裂变
办法是：设法用非裂变方法将裂变放出的多余中子抢走
维持链式裂变的条件--临界质量
产生的中子数>=被吸收的中子数
一定要维持一定量的中子数，才能保证链式反应延续
中子的产生
其它材料
中子的吸收
结构材料
裂变材料
临界体积
裂变维持的条件－临界
临界：堆芯产生的中子数=堆芯被吸收的中子数
系统内中子产生率正好等于中子的消失率
临界状态
系统内的中子数会逐渐减少，裂变量也逐渐降低
次临界状态
系统内产生的中子多于损失的中子，会使裂变率不断增加
超临界状态
核电站主控室
堆芯
可控聚变反应堆探秘
氘-氚聚变释放的能量是铀－
聚变需要巨大能量的启动
聚变需要巨大能量的启动
只有使用更大的力才能使两者互相接近
库仑力
只有当两个原子核相互接近达到约万亿分之三毫米时核力才能起作用，
氢的各种同位素的质子数最少，所以互相间静电斥力最小，在人工的条件下最容易聚变。
轻核聚变--热核反应
两个较轻的核聚合成一个较重的核，由于比结合能的巨大变化，会有大量的能量释放出来。
一个氢的同位素氘核能够与另一个氢的同位素氚核聚变成一个氦核：
。
发生聚变反应的条件十分苛刻,因必须在极高的压力、温度条件下，轻核才有足够的动能克服静电斥力而发生持续的聚变。
氘
氚
氦
中子
聚变反应也称“热核聚变反应”或“热核反应”
聚变反应
定义：由两个轻核聚合成一个原子核同时释放出巨大能量的过程称为原子核的核聚变，又称为热核反应。
结合能：