原子物理在现代生活的应用--核能.ppt

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,原子物理在现代的应用核能,核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特爱因斯坦的方程E=mc2;，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。

核能通过三种核反应之一释放：

1、核裂变，打开原子核的结合力。

2、核聚变，原子的粒子熔合在一起。

3、核衰变，自然的慢得多的裂变形式。

核能的基本介绍,目前能源的发展状况,目前化石燃料在能源消耗中所占的比重仍处于绝对优势，但此种能源不仅燃烧利用率低，而且污染环境，它燃烧所释放出来的二氧化碳等有害气体容易造成温室效应，使地球气温逐年升高，造成气候异常，加速土地沙漠化过程，给社会经济的可持续发展带来严重影响。

与火电厂相比，核电站是非常清洁的能源，不排放这些有害物质也不会造成温室效应，因此能大大改善环境质量，保护人类赖以生存的生态环境。

世界上核电国家的多年统计资料表明，虽然核电站的投资高于燃煤电厂，但是，由于核燃料成本远远地低于燃煤成本，相反核燃料反应所释放的能量却远远高于化石燃料燃烧所释放出来的能量，而且核燃料取之不皆，这就使得目前核电站的总发电成本低于烧煤电厂。

核能的开发价值,核能有巨大威力。

1公斤铀原子核全部裂变释放出来的能量，约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。

一座100万千瓦的核电站，每年只需25吨至30吨低浓度铀核燃料，运送这些核燃料只需10辆卡车；而相同功率的煤电站，每年则需要300多万吨原煤，运输这些煤炭，要1000列火车。

核聚变反应释放的能量则更巨大。

据测算1公斤煤只能使一列火车开动8米；一公斤裂变原料可使一列火车开动4万公里；而1公斤聚变原料可以使一列火车行驶40万公里，相当于地球到月球的距离。

地球储存丰富,国际原子能机构对核能的未来进行预测,国际原子能机构预测到2030年核动力至少占全部动力的25%，最大的增长可能达到100%。

中国城市低碳经济网“核战略”杂志主编德沃伊尼科夫说：

“所有人都开始理解突破性的工艺只是在对居民和工业的电价下降条件下才有生命力。

在核动力未达到适宜、计划没有完善的情况下，核动力在经济上不可能和天然气竞争。

”但是经济与安全问题值得大家考虑中国城市低碳经济网-,原理,会大于原来重原子所具有的结合能，此间的差值便会以热能的形式释放出来，这便是核裂变反应。

反之，当几个原理原子核由中子和质子构成。

每个中子和质子都有自己的质量。

但一个原子核的质量不完全等于每个中子和质子的质量和。

比如氦原子的质量M（）4.002603原子质量单位（u）,氢原子的质量M（）1.007825u,中子的质量M（n）1.008665u氦核（）的质量与组成它的2质子（即2个氢原子）与2个中子质量和不同：

2M（）2M（n）21.007825u21.008665u4.032980uM（）=4.002603u其差值为：

M4.032980u4.002603u0.030377u当二个中子和二个质子组成一个氦核时，要损失M0.030377u的质量。

通过爱因斯坦的质能方程，可以算出由两个中子和两个质子形成一个氦核释放的能量是EM28.30兆电子伏精密的物理检测表明对于质量数偏低的原子，核子平均结合能（比结合能）随着质量数的增大而增大，而在镁和铁之间达到最大，之后便随着质量数的增大而减小。

因此可以得出，当重原子裂变成两个或多个原子时，生成原子的结合能总和轻原子结合，合成原子的结合能大于原本所有原子结合能之和，这便是核聚变反应放出能量的来源。

如何用反应堆产生核能,要用反应堆产生核能，需要解决以下4个问题：

为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。

链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。

失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。

裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。

裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。

核能及其获取途径,核能，是核裂变能的简称。

50多年以前，科学家在的一次试验中发现铀-235原子核在吸收一个中子以后能分核裂变裂，在放出23个中子的同时伴随着一种巨大的能量，这种能量比化学反应所释放的能量大的多，这就是我们今天所说的核能。

核能的获得途径主要有两种，即重核裂变与轻核聚变。

核聚变要比核裂变释放出更多的能量。

例如相同数量的氘和铀-235分别进行聚变和裂变，前者所释放的能量约为后者的三倍多。

被人们所熟悉的原子弹、核电站、核反应堆等等都利用了核裂变的原理。

只是实现核聚变的条件要求的较高，即需要使氢核处于6000度以上的高温才能使相当的核具有动能实现聚合反应。

核能及其获取途径之重核裂变,重核裂变是指一个重原子核，分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放出巨大的能重核裂变的链式反应量。

例如，当用一个中子轰击U-235的原子核时，它就会分裂成两个质量较小的原子核，同时产生23个中子和、等射线，并释放出约200兆电子伏特的能量。

如果再有一个新产生的中子去轰击另一个铀-235原子核，便引起新的裂变，以此类推，裂变反应不断地持续下去，从而形成了裂变链式反应，与此同时，核能也连续不断地释放出来。

核能及其获取途径之轻核裂变,所谓轻核聚变是指在高温下（几百万度以上）两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并放出大量能量的过轻核聚变程，也称热核反应。

它是取得核能的重要途径之一。

由于原子核间有很强的静电排斥力，因此在一般的温度和压力下，很难发生聚变反应。

而在太阳等恒星内部，压力和温度都极高，所以就使得轻核有了足够的动能克服静电斥力而发生持续的聚变。

自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行，故称为热核聚变反应。

氢弹是利用氘、氚原子核的聚变反应瞬间释放巨大能量这一原理制成的，但它释放能量有着不可控性，所以有时造成了极大的杀伤破坏作用。

目前正在研制的受控热核聚变反应装置也是应用了轻核聚变原理，由于这种热核反应是人工控制的，因此可用作能源。

核聚变反应装置,目前，可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置。

托卡马克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。

核能的应用,核能因为其巨大的能量具有强大的应用潜力但同时如果应用不当，落入反和平人士手中，其高强度能量却有可能变成全人类的灾难。

核能一直备受抵制却不可替代。

核能的应用主要集中在三种形式：

核武器核电站小型核能动力装置,中国核发展现状,1，五十年代中期开始建立2，八十年代初核电站开始起步，秦山30万千瓦压水堆核电站3，“九五”期间，有四个核电项目八台机组开工建设。

4，十五核电发展的重点目标：

统一堆型，开发建设100万千瓦压水堆核电机组,1，1986年4月26日，切尔诺贝利核电站泄漏。

2，2011年3月11日，日本因地震导致福岛核电站核泄漏。

历史上的核泄漏事件,