重核裂变和链式反应.ppt

第四节,重核裂变和链式反应,核能开发的历史进程,1. 1919年，英国卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，使其嬗变成氧原子 2. 1932年，查得威克发现中子 3. 1934年，法国约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快放出正电子蜕变为硅 4. 卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均没有意识到原子能的实际利用近在眼前核能开发的历史进程,1. 1933年，爱因斯坦移居美国 2. 1938年，费米逃往美国 3. 德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、哈恩、盖革 4. 1933年，匈牙利物理学家齐拉德（1898－1964）已经意识到核能的开发可能用于军事 5. 1935年，建议物理学家暂缓发表研究成果 6. 1939年，玻尔认为核能利用为时尚早 7. 1939年，爱因斯坦、萨克斯、罗斯福说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子弹核能开发的历史进程,1. 1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂核能力更强费米因此获38年诺贝尔物理奖 2. 1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元素与铀相距甚远奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜想，以解释铀实验。

并称裂变过程要放出大量能量 3. 费米提出链式反应概念 4. 1939年9月1日，第二次世界大战正式打响,核能开发的历史进程,1. 1940年，美国政府正式大量拨款，启动“曼哈顿工程”，格罗夫斯将军为行政首脑 2. 1941年12月－1942年12月，费米在芝加哥研制原子反应堆 3. 铀235、钚239的提纯 4. 1943年1月－1945年7月奥本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制 5. 7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试爆成功比一千个太阳都亮 6. 曼哈顿工程：动员50万人，耗费22亿美元，占用全国三分之一的电力,核能开发的历史进程,1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹 2. 科学家的犹豫： 继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 不干吗？不符合现代科学技术的精神 好的理由：应该让全人类知道它的威力 3. 齐拉德、爱因斯坦的态度 4. 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚弹胖子投在长崎,核能开发的历史进程,1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹 2. 科学家的犹豫： 继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 不干吗？不符合现代科学技术的精神 好的理由：应该让全人类知道它的威力 3. 齐拉德、爱因斯坦的态度 4. 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚弹胖子投在长崎,核能开发的历史进程,1. 核军备竞赛：盟国之争 2. 1945年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹 3. 1949年8月，苏联成功地进行了核实验 4. 1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹 5. 1953年8月，苏联研制氢弹成功 6. 1952年10月3日，英国研制成功原子弹 7. 1960年2月13日，法国研制成功钚弹 8. 1964年10月16日，中国试爆成功原子弹,1. 1公斤核燃料相当于2500吨煤 2. 1954年，苏联建成第一座小型原子能电站；1956（英国），1957（美国） 3. 核电站：成本低、污染小、效率高，但事故太可怕 4. 1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机组发生爆炸。

人为造成三道安全措施无效 5. 1979年3月28日三里岛核电站二号堆事故，由于多重安全系统发挥作用，后果不严重 6. 核聚变,核能开发的历史进程,一、核能,原子核的结构发生变化时放出的能量， 叫做核能二、裂变(p.43),什么叫重核裂变？重核在什么情况下才能发生裂变呢？ 1938年12月德国科学家用中子轰击重核铀时，发现铀核的裂变现象之后，核能利用问题才逐渐被了解清楚，从而使控制和利用原子能成为可能重核受到其他粒子（如中子）轰击时分裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称为裂变裂变过程中放出中子并释放大量能量三、链式反应 1、链式反应 (见基础教材p.44)重核裂变时放出的中子引起其他重核的裂变，可以使裂变不断进行下去，这就是链式反应反应的特点：利用一个中子轰击一个轴核，使轴核发生裂变，在反应中还放出2个中子，中子对未反应的轴核再进行轰击，从而使核反应出现连锁反应，使在短时间内出现积累效应核裂变,核裂变(nuclear fission)是大核分裂为小核的过程. 普通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量铀-235的裂变与核武器,,,,发生链反应,爆炸,2、临界体积能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。

足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量(critical mass) 铀-235 的临界质量约为 1 kg，质量超过1 kg 则发生爆炸任何有核反应堆的国家都不难得到爆炸级的裂变材料，原子弹的基本设计又如此简单，从而为防止核武器扩散带来了困难3、原子弹p.45,邓稼先,杨振宁,1964年10月16日中国爆炸了第一颗原子弹1967年6月17日中国爆炸了第一颗氢弹悼邓稼先词 （张爱萍） 踏遍戈壁共草原，二十五年前，连克千重关，群力奋战自当先，捷音频年传蔑视核讹诈，华夏创新篇，君视名利如粪土，许身国威壮河山，功勋泽人间第五节 反应堆 核电站,一、反应堆,,用人工的方法控制核裂变链式反应速度获得核能的装置，叫做反应堆反应堆主要由核燃料棒、减速剂、控制棒、冷却系统和防护层等构成核反应堆,通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数, 以形成所谓的自持链反应(self-sustaining chain reaction)二、核电站,利用反应堆中的核燃料裂变放出的核能转变为电能的发电厂，叫做核电站前苏联于1954建成世界上第一座核电站；至今已有30多个国家和地区的400多座核电站处在运行之中。

右图列出1995年一些国家核电占各自总电力的百分率第二次世界大战结束后，科学家迅速将原子能的利用转向和平用途三、核电是经济、安全、干净的能源,世界第一座核反应堆 （天然铀52吨、高纯石墨1000多吨，总重1400吨）,我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电站已经运行发电了；广东大亚湾电站第一期工程也已建成，并运行发电了，全部建成后年发电量可达100亿度因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用秦山核电站,1960年，美国的德累斯顿沸水堆核电站投入运行，它主要由沸水堆本体、蒸汽给水系统和其它辅助系统组成目前这种类型的核电站所占比例仅次于压水堆核电站，我国目前没有这种类型的核电站 1968年，加拿大角坎杜堆核电站运行，它由重水堆本体、一次冷却回路、二次回路及其它辅助系统组成目前，这种类型核电站所站比例排在第三位，我国在建的秦山三期核电站即属这种类型 1974年，法国建成了“凤凰”示范快堆核电站，它由快中子堆本体、一回路钠、二回路钠、三回路水及其它辅助系统组成。

目前，这种类型核电站所占比例最小，它的最大特点是在运行中能够实现核燃料的增殖，我国将建一座实验快（中子）堆中国快堆在建设中,,小结,。