第四章核聚变高温等离子体应用

Biblioteka Baidu反应堆 作为能源的必要性: 核能的和平利用
1kg 煤 =>3 千瓦小时电. 油 => 4 千瓦小时 1kg 铀 => 7乘10 ^6 千瓦小时. 无燃烧,故无大气 污染及大气温室效应. 是人类持续发展的必要. 裂变堆: 种类繁多.目前进展---重水堆,快中子堆.
重水堆；可使用普通铀,用重水作为慢化剂,减慢 中子速度,不吸收中子.铀238 可转化成 钚239.重水：D2O. 氘化水。 核燃料利用率高。 目前,90% 能源来自石化燃料,导致严重污染.如温室效应;剧烈 天气变化,酸雨;水污染;臭氧层空洞;…且消耗宝贵,十分有限资 源.
第四章:核聚变 高温等离子体应用
核能 氢弹-无控核聚变 受控核反应堆 核聚变优点,原理 等离子体中的电流 磁控的概念 不稳定性 惯性约束的概念 可能性 及世界合作
核能是20世纪人类的一项伟大发现.
1938年德国科学家用中子轰击铀原子核,首先发现核裂变现象. 核裂变链式反应: 当中子撞击铀原子核,一个铀原子核吸收一个中子 而分裂成两个较轻的原子核,同时发生质能转换,放出能量.并产生 2-3个中子. 核聚变:从太阳能源 获得启发.用氢的同位素:氘和氚的聚合反应 生成氦核并放出一个高能中子. 质能转换放出更大能量. 1919年首先证实了轻元素以足够大能量碰撞引起核反应现象.
不可控核聚变: 氢弹
20世纪初发现原子核中蕴藏巨大能量.第一代 核武器—原子弹(核裂变链式反应) 普通炸药引爆,装药为两块,均小于 临界质量.引爆时,被推挤到一起.大 Pu239,U 235,在热中子轰击 于临界质量.产生链式反应。百分 下分裂,并放出中子. 之几秒. 氢弹:第二代核武器,核聚变,热核反应,数千万度 高温和超高压下实现.用小型原子弹引爆. 氘,氚,氘化锂为核装药.单位质量释放的能 量一般为裂变反应4倍以上. 中子打在锂上会产生氚,和氘反应产生氚 和中子. 氢弹制成说明可以人工产生核聚变.但不 可 控.爆炸释放能量.危害人类,国际上 现不再做试验. 为何叫氢弹? 原子核愈轻,所带电荷愈少,产生 聚变反应所需能量愈低,故采用氢的同位素.
核能(原子能) :是在原子核发生变化的过程中释放出来的能量.
太阳能:就是原子核发生变化,在高温,高密度气体完全电离的等离子体条件下, 轻 原子核聚合成较重原子核而释放的能量,即 氢原子=>氦原子.称为核聚变. 爱因斯坦的质能守恒公式(非相对论) E = MC²从理论上解决了质量和能量转 换关系.
原子及原子核:高中物理的内容. 原子由原子核及围绕其运动的电子组成.原子核带正电,电子带负电荷. 电子按一定轨道围绕原子核运动. 正点荷与负电荷相等,原子不带电. 原子核通常由质子和中子组成.化学元素表按质子数排序. 质子带正电,中子不带电,质量相同.一个质子就是一个氢原子核. 如铝的原子核内,包括13个质子,14个中子,它的质量数是27.电子数13. 电子按一定层次排列.
中子弹: 小型氢弹.氘氚混合物.外壳用铍和铍合 金 ,高能中子可逸出.大量高能中子辐射. 穿透作用强,可穿透坦克,砖墙. 利用核聚变, 产生大量高能中子.放射性污染较低,可制成炮弹或导弹头.
凡是核武器都有核辐射,冲击波,光辐射,放射性污染和电磁脉冲等杀伤力.各自比例 不同: 原子弹 : 冲击波+ 光辐射 85% 1945年8月5号,美国投到日本两个小城市广岛,长崎的原子弹, 当量很小, ～2—3万吨黄色炸药.在上空500米的高度爆炸. 闪 光照亮整个日本岛.原子弹的蘑菇云几万英尺高. 氢弹 : 冲击波+ 光辐射 65% 1957年第一颗氢弹(美) ,1961年10月世界上最大一次核爆炸 (苏联).核污染范围达4000公里,苏军整个通讯失去联系一个多 小时.产生的电磁扰动3次传遍全球.不再进行核爆炸试验. ∵ 氢弹的使用带来的将是世界末日. 中子弹:核辐射+ 电磁脉冲 70% 1 千吨梯恩梯当量的中子弹, 在距地面90米的低空爆炸,其冲 击波,光辐射和放射性污染在周围180米以内. 而快中子流及 中子流贯穿辐射,与周围介质的原子作用产生的电磁脉冲的杀 伤半径达800 米.
核聚变反应放出能量远非这些石化燃料能比拟, 高100万倍以上. 核裂变反应堆: 中国已建(例)；秦山核电站三期 与加拿大合作,重水堆.已并网发 电;江苏连云港田湾,双层壳,已商业运行;深圳大亚湾,引进外资,压 力堆,94年商业运行,70%供给香港.
原子核结合能与组成该原子核的核子数之比 称为原子核核子的平均结合能 ---即一般说的核能(原子能).
核子=质子和中子的统称. 核子在结合成原子核时 由于有强大的核力作用,必须释放一定能量,所以原子核 质量要小一些. 规律:原子核核子的平均结合能随原子质量数而变. 质量数较小的轻核(如氢)及质量数较大重核(如铀)其核子平均结合能均较小. .质量数中等的核子平均结合能大, 即结合成较中等质量数的原子核时放出较大能量. 裂变---将重核裂变为质量数中等的原子核. 聚变---将轻核聚变成质量数较中等的原子核, 都释放核能. 轻核的核子平均结合能更小些(曲线下降快). ∴当由轻核聚变成较重原子核时, 释放能量更大.
原子核的结合能:
• 原子核的半径很小,质子带正电荷.同类电荷粒子的库仑斥力很大. 但通常原子核是稳定的.什么原因使核子结合在一起成为原子核?
答案:除了库仑斥力外, 还有另一种更强的力把各核子紧拉在一起.称之为 核力。正在研究中。 核力只在很小距离内起作用,超过距离很快减小到0 . 质子和中子的半 径约 0.8×１０‾１５ 米，每个核子只跟它相邻的核子间才有核力的作用。
结合能：要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功。即需要巨大能量。而相 反的过程－再结合过程，则放出巨大能量。 定义： 核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子 （质子或中子）时克服核力要吸收同样多的能量，这个能量叫 做原子的结合能。 核子在结合成原子核时,由于有核力的作用,必须释放一定能量∴原子 核的质量跟组成它的核子的质量比要小一些.