核动力工程与辐射科(上1).ppt

宇航、卫星中的核电源 核电池 核电池是利用放射性同位素的射线被物质吸收产生热能，并通过热－电转换设备获得电力。 空间核电站 火箭核推进发动机 火箭核推进发动机 以热离子元件为发电元件的发电 推进两用空间核反应堆动力系统 核能供热 低温核供热站 核能供热 壳式自然循环供热堆 核能海水淡化 海水淡化反应堆装置原理图 利用核能冶炼钢铁 原子核模型的产生 古代哲学家认为，原子是不可分割的最小物质单元，后来人们又得悉原子内有电子存在。但是，电子在原子内属于何等地位，原子内部情形如何，一直到19世纪末，原子学说对此始终无法解答，更不能证明是否有单个原子存在。1911年，卢瑟福完成了闻名的α粒子散射实验，证实了原子核的存在，建立了原子的核模型。通过实验、观察和计算，一副崭新的原子图就出现在他的面前：原子具有很小的、坚硬的、很重的并且带正电的中心核。卢瑟福把这个核称之为“原子核”。卢瑟福假定，环绕着核的大量电子是在电磁引力作用下旋转的。看起来，它多少类似于环绕着太阳运转、并以万有引力维系着运动轨道的行星系。 因此，后来有人把卢瑟福的原子模型称为“小太阳系”。 原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质子数，原子核的质量数就等于它的质子数和中子数的和。具有相同质子数的原子，它们核外的电子数也相同，因而有相同的化学性质，属于同一种元素，但它们的中子数可以是不同的。 发现质子1914年，卢瑟福用阴极射线轰击氢，结果使氢原子的电子被打掉，变成了带正电的阳离子，它实际上就是氢的原子核。卢瑟福推测，它就是人们从前所发现的与阴极射线相对的阳极射线，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。1919年，卢瑟福用加速了的高能?粒子轰击氮原子，结果发现有质子从氮原子核中被打出，而氮原子也变成了氧原子。到1924年，卢瑟福已经从许多种轻元素的原子核中打出了质子，进一步证实了质子的存在。 1934年，居里夫人的女婿和女儿约里奥夫妇用?射线打击镁、硼、铝，发现在停止打击后，这些元素还不断地放出β射线。这些射线的强度逐渐减小，并遵守天然放射元素的衰变规律。进一步用化学方法研究，证明铝受α射线打击后放出中子，自己变成磷，磷又不稳定，逐渐地蜕变为稳定的硅核。这种磷是人造出来的放射性元素，它的半衰期是2.5分钟。人工放射性的发现，为人类开辟了一个新领域。从此，科学家不必再只依靠自然界的天然放射性物质来研究问题，这也大大推动了核物理学的研究速度。 制造新元素 自发现中子后，科学家们就开始用中子轰击元素，铀是自然界中核子数最大的元素。根据费米的试验，原子在吸收了一个中子之后就失去了稳定状态，而放出?射线，该原子核放出电子后，就变成了周期表中下一个位置的元素的原子核，这样一种新的元素就可以产生了。科学家们从此乐此不疲在进行中子轰击试验。 中子轰击试验中发现有轻元素产生 由于铀是自然界中发现的最重的元素，费米等人认为用中子轰击铀，可得到原子序数为93、94的人造元素。可是所获得的都是一些令人迷惑、无法精确分析的比铀轻的放射性物质。 德国化学家诺达克夫妇认为在中子轰击铀核时，铀核被分裂成几块碎片是完全可能的，这是第一次提出裂变概念，可惜他们的观点没人重视。当时物理学家无法想象从原子核内可以有大于?的粒子产生。 在1938年，伊伦·居里和萨维基从被中子轰击过的铀中，测得了镧的同位素。 裂变的发现 德国化学家哈恩和斯特拉斯曼重复着用中子射击铀原子核的核反应试验，发现了一种比铀轻的多的元素钡，正式发现了原子核的裂变。奥地利女物理学家梅特涅与侄子弗里施根据哈恩的发现，提出了关于铀原子核俘获中子产生裂变的理论，并应用爱因斯坦的质量与能量转换理论，通过计算指出裂变时放出的核能由质量亏损引起的。为了验证铀核裂变现象，他们对铀核俘获中子后的裂变产物进行了测量，从中找到了钡和镧等其它元素。紧接着各国科学家们都研究证实：铀核确实是分裂了。 一个中子打碎一个铀核，产生能量，放出两个中子来；这两个中子又打中另外两个铀核，产生两倍的能量，再放出四个中子来……。 以此类推，这样的链式反应，持续下去，宛如雪崩，势不可挡。这意味着：极其微小的中子，将有能力释放沉睡在大自然界中几十亿年的物质巨人。 曼哈顿工程 1938年，哈恩成功地实现了铀原子的核分裂，震动了全球科学界。匈牙利血统的美国物理学家西拉德（Szilard，1898－1964）1939年7月邀请了另外两名匈牙利血统的物理学家威格纳（E.P.Wigner，1902－1995）和特勒，一起拜访了物理学家爱因斯坦和罗斯福总统的私人顾问萨克斯，陈述了研制核武器对于战争进程可能带来的巨大影响