《核能发电原理》课件(第一章).ppt

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1、第一章核裂变基础知识§1-1原子与原子核§1-2放射性与核反应§1-3裂变反应§1-4链式裂变反应2021/8/29§1-1原子与原子核一、原子：物理实验证明，物质是不连续的。将某一种物质分成越来越小的颗粒时，会有保持这种物质化学性质而不能再分的时候。这些仍然具有单质化学物质的最小颗粒称之为原子。原子的直径约：10-8cm原子核的直径为：10-12cm每个电子带一个单位负荷电荷：1.6×10-9C2021/8/29二、原子核原子核是由更小的核子构成的紧密整体。分两类：1.中子：不带电，呈电中性（用符号n表示）。2.质子：带一个单位正电荷（

2、用符号p表示）。除普通氢原子核只有一个质子外，其他所有物质的原子核既包含质子又包含中子。各种物质原子核中的质子或中子数目的不同决定了他们原子核特性的不同。三质量数和原子序数原子核中质子与中子的总数A称为原子核的质量数，原子核中的质子数称为原子序数，常用Z表示。2021/8/29四、同位素元素的化学性质由原子核中的质子数决定，而不是由原子量决定同位素:具有相同的质子数而不同中子数的同一种元素的几种原子。现有的核电站中，铀是重要的元素，其自然界中存在三种不同的同位素：1.234U：其自然界中含量非常少2.235U：其自然界中含量约为0.71%

3、3.238U：其自然界中含量约为99.28%同位素的化学性质一致，一般用物理方法或核物理方法将它们分开。反应堆中所使用的核燃料中，235U的含量约为3%，铀的浓缩是通过离心法完成的。2021/8/29五、核的结合能当一定数量的质子和中子聚合起来组成一个新原子核后，新原子核的质量小于组成它的核子的质量总和，这种质量差异，称为原子核的质量亏损，并以能量的形式释放出来。根据爱因斯坦的相对论中质量和能量之间的关系，质量亏损相当于系统能量的变化：△E=△mc2（1-1）式中：c是光在真空中的速度，m/s；△E为能量的变化，J；△m为质量亏损，kg。

4、1eV=1.6×10-19J打破一个原子核，将每个核子分开，所吸收的能量等于质量亏损的能量。与质量亏损相当的能量称为原子核的结合能。2021/8/29元素的平均结合能等于总的结合能除以原子核质量数。如图1-2所示质量数在90左右的原子核具有最大平均结合能，最为稳定。核聚变反应：将很轻的原子核转变为较重的原子核，则对应一定的质量亏损，产生的质量亏损对应着能量的释放。如例：核聚变。核裂变反应：将很重的原子核分裂成较轻的原子核。如例：核裂变。（目前应用在核反应堆中)2021/8/29核聚变：我们以重氢(氘1H2和超重氢（氚1H3)的聚变反应为例

5、。在这个过程中，形成氦核并放出中子：氘和氚核的质量分别为2.01471和3.01700原子质量单位。由此可得反应中静质量的亏损为：2021/8/29因此，在一次裂变过程中所释放的能量为：当一克和氚聚变成氦时释放的总能量为：2021/8/29核裂变：在慢中子的作用下，铀的一种同位素92U235分裂为两块周期表中央部分元素的原子核碎片，同时放出1~3个中子。其可能的一种核反应方程为由于铀在分裂后产生新的中子，因此这种裂变反应（保持在一定的条件下）可以是自持反应或链式反应。在周期表中央部分的原子核内，每个核粒子的结合能大约为8.5兆电子伏特；而

6、对于铀元素，则2021/8/29结合能减为7.5兆电子伏特。因此在每一次裂变过程中，核的静能减少，而碎片的动能却大约增加了（8.5-7.5）×235兆电子伏特≈3.8×10-4尔格。对于每裂变1克铀，释放出来的能量（基本上为热的形式）等于：假定煤的燃烧热等于7000Kcal/Kg，则1克铀裂变所释放出来的能量，相当于燃烧3吨煤的热量。2021/8/292021/8/29§1-2放射性与核反应一、放射性衰变自然界中不稳定的同位素以一定速率自发地变化，一般放出带电粒子并以辐射形式放出能量，称为放射性衰变。原子核不受外界影响自发地通过核辐射转化

7、为另一种核的现象，称为放射性，这种原子核叫做放射性核。二、放射性类型α辐射原子核衰变时放出α粒子，核本身转变为另一种新的原子核。α粒子：由2个中子和2个质子组成的氦原子核。α辐射也称为α射线，其电力作用很大，但是它的贯穿能力较弱，在空气中经过3~8cm的路程就会被吸收。2021/8/29β辐射当原子核内部中子和质子比例超过稳定极限时，同位素会放出电子流或者正电子流，称为β辐射（或β射线）β射线的穿透能力较强，在空气中能穿过几米到十几米的路程才能被吸收。γ辐射原子核载衰变过程中放出一种电磁波，称为γ辐射（γ射线）。这种射线具有很强的穿透能力

8、。2021/8/29中子辐射裂变过程中放出中子。K俘获K俘获是原子核“吸收”一个电子，核中的一个质子变成一个中子，原子序数减1，质量数不变。三、放射性衰变规律衰变率取决于核的种类，每一种核都有