什么是核裂变,什么是核裂变
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1,什么是核裂变
自从30年代中期开始,法国、德国和意大利各国的著名物理学家相互之间便展开了研究如何分裂重原子方面的角逐。宣告这场比赛正式开始的是著名的法国物理化学学家弗雷德里克·约里奥一居里,他在因发现人工放射性而破授予1935的诺贝尔化学奖(和他的妻子,伊雷娜·约里奥-居里-起)时,宣布说,爆炸原子核链式反应将释放巨大的可用能量。 在柏林,由奥托·哈恩、弗里茨·施特拉斯曼和利斯·迈特纳这三位著名的德国、奥地利学者组成的研究小组开始用中子撞击铀原子,按照业已形成的思路,他们期望这个过程能产生类似铀的放射性重元素--这是意大利物理学家、罗马大学的恩里科·费米在类似的实验中假想的结果。然而,在1938年底,奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼(利斯·迈特纳因为是奥地利籍的犹太人,在希特勒侵入奥地利后逃到了瑞典)却惊异地发现对铀的撞击 产生了名为钡的放射性轻元素。 哈恩和施特拉斯曼把结果发送给在斯德哥尔摩的迈特纳。在那儿,她和她的外甥、物理学家奥托·弗里施试图解开这个谜。他们得出结论说铀原子核没有像预料的那样发射出粒子或粒子束,而是被加长,形成了一个腰,然后断裂成两个几乎相等但比原原子核轻得多的碎片,它们的总质量小于最初的铀原子核质量,其间相差的质量转化成了能量。 迈特纳给这个过程取名为裂变。约里奥-居里进一步发现铀的裂变释放出多余的中子,能够用来依次分裂别的铀原子。这为原子弹的理论依据--爆炸链式反应打下了基础。 战争期间,奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼一直留在德国。哈恩于1945年春季破盟军逮捕。被拘留在英国时,他得悉自己获得了1944年的诺贝尔化学奖。到了受奖时,他得知裂变装置对广岛、长崎的毁灭负有不可推卸的责任,因而深为苦恼,他也不再因自己的科学成就而踌躇满志。战后,一直心感负疚的奥托·哈恩成为核武器控制运动的主要倡导者。
核裂变和核聚变
核能是能源家族的新成员,它包括裂变能和聚变能两种主要形式。裂变能是重金属元素的质子通过裂变而释放的巨大能量,目前已经实现商用化。因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少,而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料,这些因素限制了裂变能的发展。另一种核能形式是目前尚未实现商用化的聚变能。
核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核,并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素??氘与氚的聚变,这种反应在太阳上已经持续了150亿年。氘在地球的海水中藏量丰富,多达40万亿吨,如果全部用于聚变反应,释放出的能量足够人类使用几百亿年,而且反应产物是无放射性污染的氦。另外,由于核聚变需要极高温度,一旦某一环节出现问题,燃料温度下降,聚变反应就会自动中止。也就是说,聚变堆是次临界堆,绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核(裂变)电站的事故,它是安全的。因此,聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。这就是为什么世界各国,尤其是发达国家不遗余力,竞相研究、开发聚变能的原因所在。
其实,人类已经实现了氘氚核聚变??氢弹暴炸,但那种不可控制的瞬间能量释放只会给人类带来灾难,人类需要的是实现受控核聚变,以解决能源危机。聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态,也即进入物质第四态。等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体。在等离子体中,由于高温,电子已获得足够的能量摆脱原子核的束缚,原子核完全裸露,为核子的碰撞准备了条件。当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时,原子核就可以克服斥力聚合在一起,如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间,这种聚变反应就可以稳定地持续进行。等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”,当它达到1022时,聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率,必须超过这一基本值,聚变反应才能自持进行。由于三重积的苛刻要求,受控核聚变的实现极其艰难,真正建造商用聚变堆要等到21世纪中叶。作为21世纪理想的换代新能源,核聚变的研究和发展对中国和亚洲等能源需求巨大、化石燃料资源不足的发展中国家和地区有特别重要的战略意义。
受控热核聚变能的研究分惯性约束和磁约束两种途径。惯性约束是利用超高强度的激光在极短的时间内辐照靶板来产生聚变。磁约束是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性,构造一个特殊的磁容器,建成聚变反应堆,在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温,实现聚变反应。20世纪下半叶,聚变能的研究取得了重大的进展,托卡马克类型的磁约束研究领先于其他途径。
受控热核聚变能研究的一次重大突破,就是将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上,建成了超导托卡马克,使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。超导托卡马克是公认的探索、解决未来具有超导堆芯的聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径。目前,全世界仅有俄、日、法、中四国拥有超导托卡马克。法国的超导托卡马克Tore-supra体积是HT-7的17.5倍,它是世界上第一个真正实现高参数准稳态运行的装置,在放电时间长达120秒条件下,等离子体温度为两千万度,中心密度每立方米1.5x10的19次方,放电时间是热能约束时间的数百倍。
重水是什么?
水在电流的作用下,能分解成氢气和氧气。但是在电解水的过程中,有一个奇怪的现象,就是电解到最后,总剩下少量的水,无论怎样都不能再分解了。直到1932年,美国物理学家尤雷用光谱分析发现了重氢,人们才搞清楚,这难以电解的水,原来是由重氢和氧组成的。
普通的氢原子也叫氕,它的原子核就含一个质子,无中子,相对原子质量为1。氕与氧结合,成为普通的水,它的相对分子质量为18。重氢又叫氘,这个字在希腊语里是“第二”的意思。氘的原子核比普通的氢原子核多一个中子,故相对原子质量为2。氘与氧的化合物也是水,不过它的相对分子质量为20,比普通水重百分之十,所以叫重水。
为什么有那么多国家的科学家这样重视重水呢?因为重水有一个重要的特性,它在原子核反应堆里能降低中子的速度,又几乎不吸收中子,是最好的中子减速剂。只有经过减速以后的中子,才能有效地使铀235发生裂变,促使核裂变反应能够不断地进行。当时,有些国家在设法制造原子弹,没有中子减速剂就不能进行原子裂变的试验。
可是,制取重水又非常困难,因为它在水中的含量只占万分之一点五,平均大约每七吨水里,才有一千克的重水。要是采用电解的方法制取这一千克重水,就得消耗六万度的电,比熔炼一吨铝还大三倍。难怪重水这么宝贵,价值千金!
虽然重水总混杂在普通的水中,它们像一对孪生兄弟,很难分开,可是彼此的性质却又相差很远。
比如:普通水是0℃结冰,重水在3.82℃时变成冰;普通水在100℃沸腾,而重水的沸点是101.42℃。利用它们的沸点不同的特性,我们也可以用反复蒸馏的方法来制取重水。
在重水里,物质的溶解度比在普通水里小得多,许多化学反应的速度也要慢得多。声音在重水里的传播速度也比在普通水里要慢一些。
2,引发核裂变的是什么?
自从贝克勒尔发现了放射性现象,居里夫妇提炼出具有放射性的新元素镭和钋,卢瑟福的原子行星模型诞生后,科学界便把目光集中到了原子核的结构上。 1930年,贝克勒尔和德国物理学家玻特,用放射性元素钋发出的α粒子轰击铍片时,发现从铍片里产生一种穿透力非常强的射线,两年后,居里夫人的女儿和女婿用这种射线的粒子轰击石蜡时,竟然打出能量很高的质子来。不过,这一现象未能引起他们的深刻注意,他们从经验出发,误认为这种“铍射线”是一种能量极高的γ射线,因而错过了一次重大发现的良机。 卢瑟福的学生,英国科学家查德威克捕捉了这一良机,对这种现象做了进一步的研究。他发现,这种射线的粒子的质量和质子非常接近,是一种不带电的中性粒子,于是命名为“中子”。中子就这样被一位年轻的学者发现了。它使人们确认了原子核是由质子和中子构成的,对原子结构的探索又深入了一步。 中子被发现以后,科学家们就利用它去轰击各种元素的原子核,来研究原子核破裂时的反应。但命中率太低,多少次实验毫无结果,以致被誉为“原子物理之父”的卢瑟福失去信心地断言:人类任何时候也休想利用原子能! 1934年春,意大利物理学家费米用中子去轰击铀原子核,发现铀被强烈地激活了,并产生出许多种元素。由于当时缺乏有效的手段,所以难以对这些元素进行精确的分离和分析。4年后,德国化学家哈恩和奥地利的迈特纳,用化学方法分离和检验核反应的产物,初步确认,铀核在中子的轰击下,分裂成大致相等的两半,而且计算出一个铀核裂变时会释放2亿电子伏特的能量! 与此同时,居里夫人的女儿和费米等人,在各自的实验中,几乎同时得到了肯定的答案。他们发现,核裂变时除去产生两个裂变原子核并释放出能量外,还会产生出两三个新的中子,新产生的中子又去轰击铀核,还会产生出更多的“中子炮弹”来。于是就会发生一连串的反应。这种按几何级数陡然增加的中子,可以使铀核在极短的时间内全部分裂,同时放出巨大的能量。如果制成炸药,1公斤铀核裂变放出的能量,相当于2万吨TNT炸药的爆炸力! 这种“链式反应”的发现,为人类利用核能打开了迷宫的大门,使人类找到了巨大的能源。 那么,原子核里为什么能有如此巨大的能量呢?科学家们认为,直径仅为原子直径十万分之一的原子核里,拥挤着许多带正电的质子和不带电的中子,它们能排除互相排斥的静电力而共聚一堂,必然还存在着强大的吸引力,科学家称这种吸引力为核力。一旦原子核发生裂变,核力就会被释放出来。但是核力究竟有多大?这个问题由著名科学家爱因斯坦提出的质量和能量的关系式后给出了较圆满的答案。 爱因斯坦认为,质量和能量都是物质存在的形式,两者之间的关系式为: E=mc2 关系式中,E是能量,m是质量,c是光速。按照这个公式,任何一克物质都具有相当于2500万千瓦/小时的电能。原子中原子核的质量稍稍小于它所含的质子和中子的质量总数,这个微小的差别用爱因斯坦的公式计算,也是一个十分巨大的能量,由此可以知道原子核里有着惊人能量的道理了。 目前,使原子核内的能量释放出来,主要有两种方法:一种是将较重的原子核打碎,产生核裂变反应。目前的核电站、原子弹就是采用这种反应的结果。另一种是把两个较轻的原子,聚合成一个较重的原子核,同时放出巨大的能量,这种反应叫核聚变反应,氢弹爆炸就属于这种反应。 人们利用核能,首先是从核裂变反应开始的,中子就是引发核裂变的炮弹。如果说核能是人类的又一能源宝库,那么中子就是打开这座宝库的钥匙。
3,“核裂变”??什么意思?
核裂变又称为核分裂,是一个原子核分裂成几个原子核的变化。
另附:核裂变知识
1.裂变只有一些质量非常大的原子核像铀(yóu)、钍(tǔ)和钚(bù)等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变……,使过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。
2.原子核在发生核裂变时,释放出巨大的能量称为原子核能,俗称原子能。1千克铀-238的全部核的裂变将产生20,000兆瓦小时的能量(足以让20兆瓦的发电站运转1,000小时),与燃烧至少2000吨煤释放的能量一样多。
3.原子弹、裂变核电站或核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见
4,核裂变原理是什么?
核裂变,又称核分裂,是指由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。 原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见,热中子轰击铀-235原子后会放出2到4个中子,中子再去撞击其它铀-235原子,从而形成链式反应。 裂变释放能量是与原子核中质量-能量的储存方式有关。从最重的元素一直到铁,能量储存效率基本上是连续变化的,所以,重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核,就会有能量释放出来。 对于核弹,链式反应是失控的爆炸,因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。对于核反应堆,反应进行的速率用插入控制棒来控制,使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。
5,核裂变原理是什么?
核裂变首先由初始中子加速器加速中子,加速了的中子去轰击其他的原子核(目前原子核最容易炸开的只有两种材料铀和钚),其他原子核被炸开,又产生了更多的中子,这些中子又去轰击其他的原子核,这样就产生了核裂变。于是就产生了极高的温度。人类就利用这些温度来发电。
核裂变是一种链式反应,如果不加以控制,就会越来越大,能量会蓄积得不可控制,于是,人们就在核裂变反应堆里插入一根炭棒,这样就可以控制核裂变反应的大小了。
6,什么是核聚变?什么是核裂变?
核裂变和核聚变都涉及到质能方程,即将质量与能量的转化。而为了能使质量发生变化,我们需要做的是使原子核的质量发生变化,这与原子核的构成有关,具体原理请学习《原子核物理》,我这里举个简单的栗子.呃例子:一定条件下有反应:D+T=He+nD和T分别是氘和氚,这是氢的两个同位素,你也知道,氢原子核是一个质子组成,而氘是由一个质子和一个中子,氚是由一个质子和两个中子组成。He是氦,氦原子核是由两个质子和两个中子组成,而n是单个中子。现在你可以发现,反应式两边都是两个质子和三个中子,但是,D核与T核质量之和,要大于氦核质量与中子质量之和,而消失的那部分质量,就被转化为能量(主要以伽马射线的形式)。像这样多个较小(轻)的原子核聚合为一个较大(重)的原子核,产生质量亏损,使质量转化为能量的过程就是核聚变。反之,一些重的原子核,可以在一定条件下分裂为数个较小的核,产生质量亏损,使质量转化为能量,这个过程就是核裂变。最典型的裂变元素就是铀235(其核由92个质子和143个中子组成)。目前,人类科技还只能实现可控的链式核裂变,现在的核电站全部是裂变发电。对于可控的链式核聚变(注意是可控.不可控的链式核裂变就是原子弹的原理,不可控的链式核聚变就是氢弹的原理)要求太严苛,现在还难以实现。分别以前面所提到的氘氚聚变和铀裂变为例,单位质量的原子核经聚变/裂变后放出的能量,前者要大得多,故聚变效能一般认为要大于裂变,而且聚变原材料较之裂变更广泛易得,反应后生成物也基本不影响环境。 希望采纳