核反应原理,核反应原理
1、核反应原理
核裂变(德语:Kernspaltung;英语:nuclear fission),在港台称作核分裂,是指由较重的(原子序数较大的)原子,主要是指铀或钚,裂变成较轻的(原子序数较小的)原子的一种核反应或放射性衰变形式。核裂变是由莉泽·迈特纳、奥托·哈恩、弗里茨·施特拉斯曼及奥托·罗伯特·弗里施等科学家在1938年发现。原子弹以及核电站的能量来源都是核裂变。早期原子弹应用钚-239为原料制成。而铀-235裂变在核电站最常见。
重核原子经中子撞击后,裂变成为两个较轻的原子,同时释放出数个中子,并且以伽马射线的方式释放光子。释放出的中子再去撞击其它的重核原子,从而形成连锁反应而自发裂变。原子核裂变时除放出中子还会放出热,核电站用以发电的能量即来源于此。因此核裂变产物的结合能需大于反应物的的结合能
核聚变(香港称为核聚变,台湾称为核融合),又称聚变反应,是指将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)的一种核反应形式。在此过程中,物质没有守恒,因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为光子(能量)。核聚变是给活跃的或“主序的”恒星提供能量的过程。
两个较轻的核在融合过程中产生质量耗损而释放出巨大的能量,两个轻核在发生聚变时虽然因它们都带正电荷而彼此排斥,然而两个能量足够高的核迎面相遇,它们就能相当紧密地聚集在一起,以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应,这个反应叫做核聚变。
举例:两个质量小的原子,比方说两个氘原子,在一定条件下(如超高温和高压),会发生原子核互相聚合作用,生成中子和氦-3[1],并伴随着巨大的能量释放。
原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E=mc2,原子核之净质量变化(反应物与生成物之质量差)造成能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核,称为核裂变,如原子弹爆炸;如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核,称为核聚变。一般来说,这种核反应会终止于铁,因为其原子核最为稳定
2、核反应究竟是什么反应?原理是什么?为什么不遵从质量守恒定律?
核反应是指入射粒子(或原子核)与原子核(称靶核)碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。反应前后的能量、动量、角动量、质量、电荷与宇称都必须守恒。
定义1:
我们来分析一下“原文”中对“核反应”的定义:“原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应”.这个定义明显是有一定局限性的,实际上描述的是另外一种原子核反应类型——原子核的人工转变(包括重核裂变等)。
定义2:
像铀、牡和镭这些放射性元素,原子核内的质子和中子可以连续地由高能排列变成低能排列,这就称为“核反应”,释放出来的多余能量叫做“原子核能”。
定义3:
当用一定能量的人射核子去轰击原子核时,由于两者之间的相互作用而引起原子核的变化,这个过程称为核反应.历史上第一个人工核反应是1919年卢瑟福用天然放射源(钋Po)产生的7
定义4:
所谓核反应,是指原子核受一个粒子撞击而放出一个或几个粒子的过程[1].在对其研究的过程中,实验工作者常采用静止的实验室坐标系,进行数据的实际测量。
定义5:
原子核反应及方程式原子核发生转变的过程称为核反应.书写核反应方程的依据是反应前、后电荷数不变,质量数也不变。
核反应按其本质来说是质的变化,但它和一般化学反应有所不同。化学反应只是原子或离子的重新排列组合,而原子核不变。因此,在化学反应里,一种原子不能变成另一种原子。核反应乃是原子核间质点的转移,致使一种原子转化为它种原子,原子发生了质变。核反应的能量效应要比化学反应的大得多。核反应能常以兆电子伏计量,而化学反应能一般只有几个电子伏。例如:核反应不是通过一般化学方法所能实现的,而是用到很多近代物理学的实验技术和理论。首先要用人工方法产生高能量的核“炮弹”,如氦原子核、氢原子核、氘原子核等,利用这些“炮弹”猛烈撞击别的原子核,从而引起核反应。各种各样的加速器,都是为了人工产生带电的高能粒子用做核“炮弹”来进行核反应的。当1932年人们发现中子后,不但对原子核的结构有了正确的认识,而且发现中子是一种新型的核“炮弹”。由于中子不带电荷,它和原子核之间不存在电排斥力,因而用它来产生核反应时,比用带电的其他高能粒子效果好得多。一些工厂有核反应堆。
核反应通常分为四类:衰变、粒子轰击、裂变和聚变。前者为自发发生的核转变,而后三种为人工核反应(即用人工方法进行的非自发核反应)。
3、核反应堆工作原理是什么?
核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能。原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀235的原子核受到外来中子轰击时,一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核,同时放出2—3个中子。
这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核,引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气,推动气轮机发电。由此可知,核反应堆最基本的组成是裂变原子核+热载体。
核反应堆可以分为以下几种类型:
①将中子束用于实验或利用中子束的核反应,包括研究堆、材料实验等。
②生产放射性同位素的核反应堆。
③生产核裂变物质的核反应堆,称为生产堆。
④提供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆,比如多目的堆。
⑤为发电而发生热量的核反应,称为发电堆。
⑥用于推进船舶、飞机、火箭等到的核反应堆,称为推进堆。
4、谁能告诉我:核能的工作原理
原子世界上一切物质都由原子构成。原子由带正电的原子核和围绕它高速旋转的带负电的电子构成,原子核由质子和中子构成。
链式核裂变反应中子撞击原子核引起原子核裂变,裂变的过程释放出能量,同时又产生了新的中子。新产生的中子引起新的原子核裂变,裂变反应连续不断地进行下去,同时不断产生能量。这个过程就是链式核裂变反应。
核能铀-235原子核在中子的轰击下可以发生核裂变并同时放出能量,此外,铀-233、钚-239等也能产生核裂变反应,核裂变反应放出的能量就是核能。
压水堆核电站的发电原理
核燃料在反应堆内发生裂变而产生大量热能,再被高压水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。
一回路反应堆堆芯因核燃料裂变产生巨大的热能,由主泵泵入堆芯的水被加热成327度、155个大气压的高温高压水,高温高压水流经蒸汽发生器内的传热U型管,通过管壁将热能传递给U型管外的二回路冷却水,释放热量后又被主泵送回堆芯重新加热再进入蒸汽发生器。水这样不断的在密闭的回路内循环,被称为一回路。
二回路蒸汽发生器U型管外的二回路水受热从而变成蒸汽,推动汽轮发电机做功,把热能转化为电力;做完功后的蒸汽进入冷凝器冷却,凝结成水返回蒸汽发生器,重新加热成蒸汽。这样的汽水循环过程,被称为二回路。
三回路三回路使用海水或淡水,它的作用是在冷凝器中冷却二回路的蒸汽使之变回冷凝水。
什么是核燃料?
核燃料是可在核反应堆中通过核裂变产生核能的材料,是铀矿石经过开采、初加工、铀转化、铀浓缩,进而加工成核燃料元件。
压水堆核电站用的是浓度为3%左右的核燃料(铀-235)。大亚湾核电站的核反应堆内有157个核燃料组件,每个组件由17×17根燃料棒组成。燃料棒由烧结二氧化铀芯块装入锆合金管中封焊构成。一个燃料组件中有一束控制棒,控制核裂变反应。
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