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核能及其機(jī)理
發(fā)布日期:2009-11-03          【字體 分享:
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核能及其機(jī)理
發(fā)布時(shí)間:2009-11-03   字號:

  1. 原子的組成

    原子是由質(zhì)子、中子和電子組成的。世界上一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的,任何原子都是由帶正電的原子核和繞原子核旋轉(zhuǎn)的帶負(fù)電的電子構(gòu)成的。一個(gè)鈾-235原子有92個(gè)電子,其原子核由92個(gè)質(zhì)子和143個(gè)中子組成。50萬個(gè)原子排列起來相當(dāng)一根頭發(fā)的直徑。如果把原子比作一個(gè)巨大的宮殿,其原子核的大小只是一顆黃豆,而電子相當(dāng)于一根大頭針的針尖。一座100萬千瓦的火電廠,每年要燒掉約330萬噸煤,要用許多列火車來運(yùn)輸。而同樣容量的核電站一年只用30噸燃料。

  2. 原子核的結(jié)構(gòu)

    原子核一般是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的,最簡單的氫原子核只有一個(gè)質(zhì)子,原子核中的質(zhì)子數(shù)(即原子序數(shù))決定了這個(gè)原子屬于何種元素,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和稱該原子的質(zhì)量數(shù)。

  3. 同位素

    質(zhì)子數(shù)P相同而中子數(shù)N不同的一些原子,或者說原子序數(shù)Z相同而原子質(zhì)量數(shù)不同的一些原子,它們在化學(xué)元素周期表上占據(jù)同一個(gè)位置,稱為同位素。所以,“同位素”一詞用來確指某個(gè)元素的各種原子,它們具有相同的化學(xué)性質(zhì)。 同位素按其質(zhì)量不同通常分為重同位素(如鈾-238、鈾-235、鈾-234和鈾-233)和輕同位素(如氫的同位素有氘、氚)?!?/P>

  4. 核能

    在50多年前,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鈾-235原子核在吸收一個(gè)中子以后能分裂,同時(shí)放出2—3個(gè)中子和大量的能量,放出的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放出的能量大得多,這就是核裂變能,也就是我們所說的核能。

    原子彈就是利用原子核裂變放出的能量起殺傷破壞作用,而核電反應(yīng)堆也是利用這一原理獲取能量,所不同的是,它是可以控制的。

  5. 輕核聚變

    兩個(gè)較輕的原子核聚合成一個(gè)較重的原子核,同時(shí)放出巨大的能量,這種反應(yīng)叫輕核聚變反應(yīng)。它是取得核能的重要途徑之一。在太陽等恒星內(nèi)部,因壓力、溫度極高,輕核才有足夠的動(dòng)能去克服靜電斥力而發(fā)生持續(xù)的聚變。自持的核聚變反應(yīng)必須在極高的壓力和溫度下進(jìn)行,故稱為“熱核聚變反應(yīng)”。

    氫彈是利用氘氚原子核的聚變反應(yīng)瞬間釋放巨大能量起殺傷破壞作用,正在研究受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)裝置也是應(yīng)用這一基本原理,它與氫彈的最大不同是,其釋放能量是可以被控制的。

  6.鈾的特性及其能量的釋放

    鈾是自然界中原子序數(shù)最大的元素,天然鈾由幾種同位素構(gòu)成:除了0.71%的鈾-235(235是質(zhì)量數(shù))、微量鈾-234外,其余是鈾-238,鈾-235原子核完全裂變放出的能量是同量煤完全燃燒放出能量的2700000倍。也就是說1克U-235完全裂變釋放的能量相當(dāng)于2噸半優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)所釋放的能量。

  7. 核能如何釋放

    核能的獲得主要有兩種途徑,即重核裂變與輕核聚變。U-235,有一個(gè)特性,即當(dāng)一個(gè)中子轟擊它的原子核時(shí),它能分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核,同時(shí)產(chǎn)生2—3個(gè)中子和β、γ等射線,并釋放出約200兆電子伏特的能量。

    如果有一個(gè)新產(chǎn)生的中子,再去轟擊另一個(gè)鈾-235原子核,便引起新的裂變,以此類推,這樣就使裂變反應(yīng)不斷地持續(xù)下去,這就是裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中,核能就連續(xù)不斷地釋放出來。

  8. 核聚變能量的釋放

    與鈾相同數(shù)量的輕核聚變時(shí)放出的能量要比鈾大幾倍。例如1克氘化鋰(Li-6)完全反應(yīng)所產(chǎn)生的能量約為1克鈾-235裂變能量的三倍多。實(shí)現(xiàn)核聚變的條件十分苛刻,即需要使氫核處于幾千萬度以上高溫才能使相當(dāng)?shù)暮司哂袆?dòng)能實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)。

  9. 核電站是清潔的能源

    目前環(huán)境污染問題大部分是由使用化石燃料引起的,化石燃料燃燒會(huì)放出大量的煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等,由二氧化碳等有害氣體造成的“溫室效應(yīng)“,將使地球氣溫升高,會(huì)造成氣候異常,加速土地沙漠化過程,給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來災(zāi)難性的影響,核電站并不排放這些有害物質(zhì),不會(huì)造成“溫室效應(yīng)“,與火電廠相比,它能大大改善環(huán)境質(zhì)量,保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境等。

    在國外核電站的周圍有人居住、游泳、放牧牛羊、釣魚,有的核電站位于大城市附近,有的位于游覽區(qū)。核電站是安全、經(jīng)濟(jì)、干凈的能源,與火電站相比,更有利于保護(hù)環(huán)境。

  10.核電站是經(jīng)濟(jì)的能源

    世界上有核電國家的多年統(tǒng)計(jì)資料表明,雖然核電站的比投資高于燃煤電廠,但是,由于核燃料成本顯著地低于燃煤成本,以及燃料是長期起作用的因素,這就使得目前核電站的總發(fā)電成本低于燒煤電廠。

  11.核能是可持續(xù)發(fā)展的能源

    世界上已探明的鈾儲(chǔ)量約490萬噸,釷儲(chǔ)量約275萬噸。這些裂變?nèi)剂献銐蚴褂玫骄圩兡軙r(shí)代。聚變?nèi)剂现饕请弯?,海水中氘的含量?.034克/升,據(jù)估計(jì)地球上總的水量約為138億億立方米,其中氘的儲(chǔ)量約40萬億噸,地球上的鋰儲(chǔ)量有2000多億噸,鋰可用來制造氚,足夠人類在聚變能時(shí)代使用。按目前世界能源消費(fèi)的水平,地球上可供原子核聚變的氘和氚,能供人類使用上千億年。因此,有些能源專家認(rèn)為,只要解決了核聚變技術(shù),人類就將從根本上解決了能源問題。
 

 
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