Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四节 核能,第四节 核能,1,一、原子能的开发,1.1 重核裂变的发现,1.2 裂变的机制,1.3 链式反应,1.4 聚变反应,二、原子能的利用,2.1 原子弹与氢弹,2.2 核电站,2.3 可控核聚变的研究现状与前景,一、原子能的开发,2,1.1 重核裂变的发现,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，更加容易引起核裂变。费米因此获1938年诺贝尔物理奖。,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。,1.1 重核裂变的发现1934年，意大利物理学家费米用中子轰,3,费米,哈恩,迈特纳,费米哈恩迈特纳,4,1.2 裂变的机制,裂变过程中的核形变,1.2 裂变的机制裂变过程中的核形变,5,1.3 链式反应,费米提出链式反应概念,他发现，铀核被分裂为二时，可以放出两个中子，这两个中子再去击中两个铀原子核，它被分裂为四，同时放出四个中子，由此类推，原子的裂变就会这样自发地持续下去，产生一连串的原子分裂，同时不断放出能量。,原子裂变自持链式反应的概念就是这样提出来的，它是利用原子裂变产生能量的重要理论基础。,1.3 链式反应费米提出链式反应概念,6,第四节-核能课件,7,第四节-核能课件,8,1.4 聚变反应,氘和氚发生聚变后，2个原子核结合成1个氦原子核，并放出1个中子和0.176亿电子伏特能量。,每一次氘氚聚变时释放的能量，比一次铀235裂变释放的约2亿电子伏特能量少得多。氘氚聚变时只有5个核子参加反应，而铀235裂变时有236个核子参加反应。因此如果按平均每个核子释放的能量来比较，氘氚聚变释放的能量是铀235裂变释放的能量的4.14倍。,1.4 聚变反应氘和氚发生聚变后，2个原子核结合成1个氦原子,9,太阳上的核聚变反应,太阳上的核聚变反应,10,2.1 原子弹与氢弹,原子弹：,它是最早研制出的核武器，它是利用原子核裂变反应所放出的巨大能量，通过光辐射、冲击波、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲起到杀伤破坏作用。,氢弹：,又称热核聚变武器，它是利用氢的同位素氘、氚等轻原子核的裂变反应，产生强烈爆炸的核武器。其杀伤机理与原子弹基本相同，但威力比原子弹大几十甚至上千倍。,2.1 原子弹与氢弹原子弹：它是最早研制出的核武器，它是利,11,2.1 原子弹与氢弹图片,中国第一颗氢弹爆炸成功腾起的蘑菇云,2.1 原子弹与氢弹图片中国第一颗氢弹爆炸成功腾起的蘑菇云,12,2.2 核电站,核电站是利用原子核裂变所释放的的能量产生电能的发电站。,核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括汽轮发电机系统）。核电站使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。,民用核电站大都是压水反应堆核电站，其工作原理是：用铀制成的核燃料在反应堆内进行裂变并释放出大量热能；高压下的循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动发电机旋转。,2.2 核电站核电站是利用原子核裂变所释放的的能量产生电能,13,中国现有的核电站包括：,秦山核电站（运营中）,大亚湾核电站（运营中）,岭澳核电站（运营中）,田湾核电站（建设中）,三门核电站（建设中）,中国现有的核电站包括：,14,人们将Z相同N不同的一些核素称为同位素（Isotope）；,描述核衰变快慢的物理量。,6亿千瓦，核电约占总发电量的23.,美国的 TFTR(Tokamak Fusion Test Reactor),C14一面生成，一面衰变，使C14在自然界中的含量与C12的含量的相对比值基本保持不变。,通过鉴定确认，只有织花边的女人和微笑的少女两幅是真迹。,高压下的循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动发电机旋转。,Glowing Plasma inside the Tokamak Fusion Test Reactor,原子弹：它是最早研制出的核武器，它是利用原子核裂变反应所放出的巨大能量，通过光辐射、冲击波、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲起到杀伤破坏作用。,通过鉴定确认，只有织花边的女人和微笑的少女两幅是真迹。,在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。,50我国核电厂界外法规限值,人们将Z相同N不同的一些核素称为同位素（Isotope）；,如果可控热核反应研究取得成功，人类将能利用海水中的重氢（取之不尽）获得无限丰富的能源。,1945年,盟军收复比利时之后，发现三流荷兰画家H.,同位素发现的意义是什么？你知道同位素有哪些用途？,大亚湾核电站,广东省深圳市龙岗区大鹏镇大坑村,人们将Z相同N不同的一些核素称为同位素（Isotope）；大,15,岭澳I期核电站,广东省深圳市龙岗区大鹏镇岭澳村,岭澳I期核电站广东省深圳市龙岗区大鹏镇岭澳村,16,秦山I期核电站,浙江省嘉兴市海盐县秦山镇,秦山I期核电站浙江省嘉兴市海盐县秦山镇,17,秦山II期核电站,浙江省嘉兴市海盐县武原镇杨柳山,秦山II期核电站浙江省嘉兴市海盐县武原镇杨柳山,18,秦山III期核电站,CANDU型重水压水堆,由加拿大原子能源有限公司(AECL Atomic Energy of Canada Limited)投资设计建造并经营，运行20年后产权和管理归属中国。,秦山三期重水堆核电站,秦山III期核电站CANDU型重水压水堆秦山三期重水堆核电站,19,三门核电站,浙江省嘉兴市海盐县秦山镇螳螂山,三门核电站浙江省嘉兴市海盐县秦山镇螳螂山,20,田湾核电站,江苏省连云港市连云区高公岛乡田湾,田湾核电站 江苏省连云港市连云区高公岛乡田湾,21,核能发展现状与国家能源需求,核能是公认的现实的可大规模替代常规能源的既干净又经济的现代能源,2050年能源需求:40亿吨标煤 规模极大,结构应合理,一座百千瓦核裂变电站，300万吨原煤/年,无二氧化碳造成温室效应,无二氧化硫和氮化物对大气的污染,世界核电状况:根据IAEA截止到1994年的统计，装机容量为3.6亿千瓦，核电约占总发电量的23.2%,而中国大陆仅1%左右，核电可大有作为!,核能发展现状与国家能源需求核能是公认的现实的可大规模替代常规,22,2.3,可控核聚变的研究现状与前景,中国、日本、韩国、俄罗斯、美国和欧盟6大ITER成员国2005年6月28日在莫斯科敲定法国的卡达拉舍（Cadalache）为反应堆建设地，这一为期30年、共计投资将超过100亿欧元的国际超大型科学合作项目很快就将正式启动。,“ITER”拉丁文“道路”之意,该计划旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆，规模可与未来实用聚变反应堆相仿，用以解决建设聚变电站的关键技术问题。,2.3 可控核聚变的研究现状与前景中国、日本、韩国、俄罗斯、,23,核聚变放射性微乎其微，不产生核废料，对环境的污染很小。,1公斤核聚变燃料相当于1万吨石油燃料,如果可控热核反应研究取得成功，人类将能利用海水中的重氢（取之不尽）获得无限丰富的能源。,要在地球上使用受控的核聚变反应堆，必须把气体加热到超过1亿摄氏度。有关科学家设想兴建一个圆环型的磁力悬浮实验室（托卡马克装置），把聚合反应堆放在里面。,核聚变放射性微乎其微，不产生核废料，对环境的污染很小。,24,托卡马克装置,托卡马克(Tokamak)是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字 Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。,托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。,托卡马克装置托卡马克(Tokamak)是一种利用磁约束来实现,25,托卡马克装置,Tokamak Fusion Test Reactor,1989,USA,托卡马克装置Tokamak Fusion Test Reac,26,托卡马克装置,Glowing Plasma inside the Tokamak Fusion Test Reactor,托卡马克装置Glowing Plasma inside th,27,托卡马克装置,20世纪70年代后期到80年代中期，世界各国陆续建成了四个大型的托卡马克，他们分别是：,美国的 TFTR(Tokamak Fusion Test Reactor),日本的 JT-60,欧洲的 JET(Joint European Torus),苏联的 T-15,中国的超导托卡马克 HT7U(后更名为EAST，Experimental Advanced Superconducting Tokamak),托卡马克装置20世纪70年代后期到80年代中期，世界各国陆续,28,思考题,简述,射线、,射线与,射线的含义，并比较三种射线的贯穿本领。,简述原子核结合能的含义。,与裂变反应相比，核聚变所具有的优点有哪些？,思考题简述射线、射线与射线的含义，并比较三种射线的贯穿,29,第二部分 放射性同位素与考古,第二部分 放射性同位素与考古,30,放射性衰变的基本规律,1.1 放射性衰变的基本规律,1.2 半衰期和平均寿命,1.3 放射性强度,放射性衰变的基本规律1.1 放射性衰变的基本规律,31,1.1 放射性衰变的基本规律,核衰变的基本规律,N=N,0,e,-,t,N,0,是,t=,0时，放射性核素的数目,是衰变常数，表示一个原子核在单位时间内发生衰变的概率,1.1 放射性衰变的基本规律核衰变的基本规律N=N0e-t,32,1.2 半衰期和平均寿命,半衰期：,放射性元素衰变其原有核数一半所需的时间，叫做,半衰期（T）,。,t=T,时，,N=N,0,/,2,平均寿命（,）：,描述核衰变快慢的物理量。,=,1,/,1.2 半衰期和平均寿命半衰期：,33,1.3 放射性强度,放射性强度（,A,）放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核的数目,A=A,0,e,-,t,1.3 放射性强度放射性强度（A）放射性物质在单位时间内发,34,人工放射性的发现与同位素,2.1 人工放射性的发现,2.2 同位素,2.3 放射性与放射性同位素,人工放射性的发现与同位素2.1 人工放射性的发现,35,2.1 人工放射性的发现,1934年，法国约里奥-居里夫妇用,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。,伊伦约里奥-居里,(Irne Joliot-Curie),2.1 人工放射性的发现1934年，法国约里奥-居里夫妇用,36,2.2 同位素,同位素是指它们在元素周期表中占有同一个位置，即原子序数相同，化学性质相同，但是它们的原子量和放射性并不相同。,人们将Z相同N不同的一些核素称为同位素（Isotope）；N相同Z不相同的核素称为同中子异荷素（Isotone）；A相同Z不同的一些核素称为同量异位素（Isobar）。,2.2 同位素同位素是指它们在元素周期表中占有同一个位置，,37,2.3 放射性与放射性同位素,Radioactivity(放射性)Radioactivity也称为“Radioactive decay(放射性衰变)”放射线伴随于不稳定原子核的衰变。,Radioisotope(放射性同位素)具有不稳定原子核的同位素。大多数的同位素都具有放射性。,2.3 放射性与放射性同位素Radioactivity(放,38,放射性与放射性同位素的应用,工