核能开发及应用03 核燃料与核燃料循环

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1、核能开发及应用核能开发及应用第一章第一章核燃料与核燃料循环核燃料与核燃料循环第一讲第一讲 核燃料与核燃料循环核燃料与核燃料循环o 核能历史的简单回顾公元前公元前5 5世纪：古希腊思想家德谟克利特提出原子论；世纪：古希腊思想家德谟克利特提出原子论；18081808年：英国化学家道尔顿提出了原子学说。认为物质都是由原子直接年：英国化学家道尔顿提出了原子学说。认为物质都是由原子直接构成的；原子是一个实心球体，不可再分割；同一类原子性质相同；构成的；原子是一个实心球体，不可再分割；同一类原子性质相同；不同的原子是以简单的整数比相结合不同的原子是以简单的整数比相结合18971897年，英国科学家汤姆逊做

2、阴极射线管通电发光实验时，发现原年，英国科学家汤姆逊做阴极射线管通电发光实验时，发现原子中存在电子子中存在电子19041904年汤姆生提出了一个被称为年汤姆生提出了一个被称为“西瓜式西瓜式”结构的结构的原子结构模型，电子就像原子结构模型，电子就像“西瓜子西瓜子”一样镶嵌在带正电的一样镶嵌在带正电的“西瓜瓤西瓜瓤”中电子的发现使人们认识到原子是由更小的粒子构成的中电子的发现使人们认识到原子是由更小的粒子构成的18981898年：居里夫人发现了镭。年：居里夫人发现了镭。19111911年：英国科学家卢瑟福做了一个实验：用一束质量比电子大很年：英国科学家卢瑟福做了一个实验：用一束质量比电子大很多的带

3、正电的高速运动的粒子轰击金箔，结果是大多数粒子能多的带正电的高速运动的粒子轰击金箔，结果是大多数粒子能穿过金箔且不改变原来的前进方向，但穿过金箔且不改变原来的前进方向，但 也有一小部分改变了原来的也有一小部分改变了原来的方向，还有极少数的粒子被反弹了回来据此他提出了带核的原方向，还有极少数的粒子被反弹了回来据此他提出了带核的原子结构模型：原子是由原子核和核外电子构成子结构模型：原子是由原子核和核外电子构成19051905年：爱因斯坦提出质能方程式。年：爱因斯坦提出质能方程式。第一讲第一讲 核燃料与核燃料循环核燃料与核燃料循环1914年 卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子其质

4、量是电子的1837倍。1919年 卢瑟福用氦原子核(a粒子)轰击氮原子核打出质子,首次实现了人工核反应。1932年 英国物理学家詹姆斯查德威克发现了中子。1934年法国核物理学家约里奥居里夫妇用氦原子核轰击铝靶制得30P，首次获得人工放射性同位素。1934年 卢瑟福在静电加速器上用氖核轰击固态氖靶，第一次实现了核聚变反应。1938年 德国放射化学家奥托哈思及其助手弗里茨斯特拉斯曼发现核裂变。1939年初，奥托哈恩提出了“分裂核”的概念。上述工作奠定了现代核能发现与发展的基础上述工作奠定了现代核能发现与发展的基础. .o 什么是核能?裂变能:是通过一些重原子核裂变释放出的能量。例如，一个235U

5、原子核在中子的作用下裂变生成两个较轻的原子核，在这个过程中释放出的能量就是聚变能。核聚变能:是由两个轻原子核结合在一起释放出的能量。例如，氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)的原子核结合在一起生成氦 (4He)，在这个过程中释放出的能量就是核聚变能。 目前工业应用规模的只有核裂变能，核聚变能只用于军用，即制造氢弹.受控核聚变或受控热核反应:通过有控制地缓慢地释放核聚变能达到大规模地和平利用。受控热核反应迄今尚未实现工业化应用。o核能分为两种，一种叫核裂变能，简称裂变能；核能分为两种，一种叫核裂变能，简称裂变能；一种叫核聚变能，简称聚变能。一种叫核聚变能，简称聚变能。第一讲第一讲 核燃料与

6、核燃料循环核燃料与核燃料循环o 概述：核能的产生离不开核燃料。当前，产生核能(核裂变能)离不开铀、钚和钍这三种元素，铀和钍是存在于自然界的天然放射性元素，钚在自然界中并不存在，它是通过核反应生产出来的人工放射性元素。核燃料包括铀、钍和钚。目前，核能的产生及应用，基本上是依靠铀这种核燃料，o 从铀矿的勘探和开采、铀的加工和精制、铀的转从铀矿的勘探和开采、铀的加工和精制、铀的转化、铀的同位素分离、核反应堆元件的制造、对化、铀的同位素分离、核反应堆元件的制造、对反应堆用过的核燃料反应堆用过的核燃料( (叫做乏燃料叫做乏燃料) )进行后处理以进行后处理以及对产生的放射性废物的处理与处置，形成了一及对产

7、生的放射性废物的处理与处置，形成了一个循环系统，叫做核燃料循环。个循环系统，叫做核燃料循环。o核燃料循环构成了核能工业的基础。核燃料循环构成了核能工业的基础。第一讲第一讲 核燃料与核燃料循环核燃料与核燃料循环1、链式裂变反应o 当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子而分裂成两个轻原子核同时发生质量亏损，因而放出很大的能量，并产生2个新中子。这就是核裂变反应。o 根源：稳定的原子核吸收中子后，变得不稳定了。第一讲第一讲 核燃料与核燃料循环核燃料与核燃料循环o235U裂变反应式：o 裂变产物：Zn至Dy（30号66号元素）o 裂变能量：E=200MeV 1kg铀完全裂变：2500吨标准煤 2

8、.276104kWho 条件：一定的质量，热中子轰击第一讲第一讲 核燃料与核燃料循环核燃料与核燃料循环2、核燃料：235U(天然)、233U、239Pu第一讲第一讲 核燃料与核燃料循环核燃料与核燃料循环3、铀（铀（U U）o 17891789年，德国化学家克拉普罗特发现（化合物）。年，德国化学家克拉普罗特发现（化合物）。 18411841年，法国化学家佩里戈特分离出元素铀。年，法国化学家佩里戈特分离出元素铀。o 铀是铀是9292号元素，原子序数为号元素，原子序数为9292，原子量为，原子量为238238，化学符号，化学符号为为U Uo 铀广泛分布在地壳和海水中，地壳中铀的平均含量约为铀广泛分布