第四节 核能 (2)优秀PPT.ppt

第四节 核能第一页，本课件共有47页一、原子能的开发一、原子能的开发1.1 重核裂变的发现重核裂变的发现1.2 裂变的机制裂变的机制1.3 链式反应链式反应1.4 聚变反应聚变反应二、原子能的利用二、原子能的利用2.1 原子弹与氢弹原子弹与氢弹2.2 核电站核电站2.3 可控核聚变的研究现状与前景可控核聚变的研究现状与前景第二页，本课件共有47页1.1 重核裂变的发现重核裂变的发现1934年，意大利物理学家费米用中子轰击年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中原子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，更加容易引起核裂变。费米因此获子，更加容易引起核裂变。费米因此获1938年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈元素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜想，以解释铀实验。并特纳提出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程要放出大量能量。称裂变过程要放出大量能量。第三页，本课件共有47页费米费米哈恩哈恩迈特纳迈特纳第四页，本课件共有47页1.2 裂变的机制裂变的机制裂变过程中的核形变裂变过程中的核形变第五页，本课件共有47页1.3 链式反应链式反应费米提出链式反应概念费米提出链式反应概念他发现，铀核被分裂为二时，可他发现，铀核被分裂为二时，可以放出两个中子，这两个中子再以放出两个中子，这两个中子再去击中两个铀原子核，它被分裂去击中两个铀原子核，它被分裂为四，同时放出四个中子为四，同时放出四个中子，由此类推，原子的裂变就，由此类推，原子的裂变就会这样自发地持续下去，产会这样自发地持续下去，产生一连串的原子分裂，同时生一连串的原子分裂，同时不断放出能量。不断放出能量。原子裂变自持链式反应的概念就原子裂变自持链式反应的概念就是这样提出来的，它是利用原子是这样提出来的，它是利用原子裂变产生能量的重要理论基础。裂变产生能量的重要理论基础。第六页，本课件共有47页第七页，本课件共有47页第八页，本课件共有47页1.4 聚变反应聚变反应氘和氚发生聚变后，氘和氚发生聚变后，2个原子核结合成个原子核结合成1个氦原子核，个氦原子核，并放出并放出1个中子和个中子和0.176亿电子伏特能量。亿电子伏特能量。每一次氘氚聚变时释放的能量，比一次铀每一次氘氚聚变时释放的能量，比一次铀235裂变释放裂变释放的约的约2亿电子伏特能量少得多。氘氚聚变时只有亿电子伏特能量少得多。氘氚聚变时只有5个核个核子参加反应，而铀子参加反应，而铀235裂变时有裂变时有236个核子参加反应。个核子参加反应。因此如果按平均每个核子释放的能量来比较，氘氚因此如果按平均每个核子释放的能量来比较，氘氚聚变释放的能量是铀聚变释放的能量是铀235裂变释放的能量的裂变释放的能量的4.14倍。倍。第九页，本课件共有47页太阳上的核聚变反应太阳上的核聚变反应第十页，本课件共有47页2.1 原子弹与氢弹原子弹与氢弹原子弹：原子弹：它是最早研制出的核武器，它是利用原子核裂变反它是最早研制出的核武器，它是利用原子核裂变反应所放出的巨大能量，通过光辐射、冲击波、早期应所放出的巨大能量，通过光辐射、冲击波、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲起到杀伤破坏作用。核辐射、放射性沾染和电磁脉冲起到杀伤破坏作用。氢弹：氢弹：又称热核聚变武器，它是利用氢的同位素氘、氚等轻原又称热核聚变武器，它是利用氢的同位素氘、氚等轻原子核的裂变反应，产生强烈爆炸的核武器。其杀伤机理子核的裂变反应，产生强烈爆炸的核武器。其杀伤机理与原子弹基本相同，但威力比原子弹大几十甚至上千倍。与原子弹基本相同，但威力比原子弹大几十甚至上千倍。第十一页，本课件共有47页2.1 原子弹与氢弹图片原子弹与氢弹图片中国第一颗氢弹爆炸成功腾起的蘑菇云中国第一颗氢弹爆炸成功腾起的蘑菇云第十二页，本课件共有47页2.2 核电站核电站核电站是利用原子核裂变所释放的的能核电站是利用原子核裂变所释放的的能量产生电能的发电站。量产生电能的发电站。核电站一般分为两部分：利用原子核裂核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括汽轮发电机系统）。核电站使用（包括汽轮发电机系统）。核电站使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。民用核电站大都是压水反应堆核电站，其民用核电站大都是压水反应堆核电站，其工作原理是：用铀制成的核燃料在反应堆工作原理是：用铀制成的核燃料在反应堆内进行裂变并释放出大量热能；高压下的内进行裂变并释放出大量热能；高压下的循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动发电机旋转。生成蒸汽，推动发电机旋转。第十三页，本课件共有47页中国现有的核电站包括：中国现有的核电站包括：秦山核电站（运营中）秦山核电站（运营中）大亚湾核电站（运营中）大亚湾核电站（运营中）岭澳核电站（运营中）岭澳核电站（运营中）田湾核电站（建设中）田湾核电站（建设中）三门核电站（建设中）三门核电站（建设中）第十四页，本课件共有47页大亚湾核电站大亚湾核电站广东省深圳市龙岗区广东省深圳市龙岗区大鹏镇大坑村大鹏镇大坑村第十五页，本课件共有47页岭澳岭澳I期核电站期核电站广东省深圳市龙岗区广东省深圳市龙岗区大鹏镇岭澳村大鹏镇岭澳村第十六页，本课件共有47页秦山秦山I期核电站期核电站浙江省嘉兴市海盐县浙江省嘉兴市海盐县秦山镇秦山镇第十七页，本课件共有47页秦山秦山II期核电站期核电站浙江省嘉兴市海盐县浙江省嘉兴市海盐县武原镇杨柳山武原镇杨柳山第十八页，本课件共有47页秦山秦山III期核电站期核电站CANDU型重水压水堆型重水压水堆由加拿大原子能源有限由加拿大原子能源有限公司公司(AECL Atomic Energy of Canada Limited)投资设计建造投资设计建造并经营，运行并经营，运行20年后产年后产权和管理归属中国。权和管理归属中国。秦山三期重水堆核电站秦山三期重水堆核电站第十九页，本课件共有47页三门核电站三门核电站浙江省嘉兴市浙江省嘉兴市海盐县秦山镇海盐县秦山镇螳螂山螳螂山第二十页，本课件共有47页田湾核电站田湾核电站 江苏省连云港市连云区江苏省连云港市连云区高公岛乡田湾高公岛乡田湾第二十一页，本课件共有47页核能发展现状与国家能源需求核能发展现状与国家能源需求核能是公认的现实的可大规模替代常规能源的既干净又核能是公认的现实的可大规模替代常规能源的既干净又经济的现代能源经济的现代能源2050年能源需求年能源需求:40亿吨标煤亿吨标煤 规模极大规模极大,结构应合理结构应合理一座百千瓦核裂变电站，一座百千瓦核裂变电站，300万吨原煤万吨原煤/年年无二氧化碳造成温室效应无二氧化碳造成温室效应,无二氧化硫和氮化物对大气的污无二氧化硫和氮化物对大气的污染染世界核电状况世界核电状况:根据根据IAEA截止到截止到1994年的统计，装机容量年的统计，装机容量为为3.6亿千瓦，核电约占总发电量的亿千瓦，核电约占总发电量的23.2%,而中国大陆仅而中国大陆仅1%左右，核电可大有作为左右，核电可大有作为!第二十二页，本课件共有47页2.3 可控核聚变的研究现状与前景可控核聚变的研究现状与前景中国、日本、韩国、俄罗斯、美国和欧盟中国、日本、韩国、俄罗斯、美国和欧盟6大大ITER成员国成员国2005年年6月月28日在莫斯科敲定法国的卡达拉日在莫斯科敲定法国的卡达拉舍（舍（Cadalache）为反应堆建设地，这一为期）为反应堆建设地，这一为期30年、共年、共计投资将超过计投资将超过100亿欧元的国际超大型科学合作项亿欧元的国际超大型科学合作项目很快就将正式启动。目很快就将正式启动。“ITER”拉丁文拉丁文“道路道路”之意之意该计划旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应该计划旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆，规模可与未来实用聚变反应堆相仿，用以解决建堆，规模可与未来实用聚变反应堆相仿，用以解决建设聚变电站的关键技术问题。设聚变电站的关键技术问题。第二十三页，本课件共有47页核聚变放射性微乎其微，不产生核废料，对环境核聚变放射性微乎其微，不产生核废料，对环境的污染很小。的污染很小。1公斤核聚变燃料相当于公斤核聚变燃料相当于1万吨石油燃料万吨石油燃料如果可控热核反应研究取得成功，人类将能利用海如果可控热核反应研究取得成功，人类将能利用海水中的重氢（取之不尽）获得无限丰富的能源。水中的重氢（取之不尽）获得无限丰富的能源。要在地球上使用受控的核聚变反应堆，必须把气体要在地球上使用受控的核聚变反应堆，必须把气体加热到超过加热到超过1亿摄氏度。有关科学家设想兴建一个圆亿摄氏度。有关科学家设想兴建一个圆环型的磁力悬浮实验室（托卡马克装置），把聚合环型的磁力悬浮实验室（托卡马克装置），把聚合反应堆放在里面。反应堆放在里面。第二十四页，本课件共有47页托卡马克装置托卡马克装置托卡马克托卡马克(Tokamak)是一种利用磁约束来实现是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字受控核聚变的环性容器。它的名字 Tokamak 来源于环形来源于环形(toroidal)、真空室、真空室(kamera)、磁、磁(magnit)、线圈、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世世纪纪50年代发明的。年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。以达到核聚变的目的。第二十五页，本课件共有47页托卡马克装置托卡马克装置Tokamak Fusion Test Reactor,1989,USA第二十六页，本课件共有47页托卡马克装置托卡马克装置Glowing Plasma inside the Tokamak Fusion Test Reactor第二十七页，本课件共有47页托卡马克装置托卡马克装置20世纪世纪70年代后期到年代后期到80年代中期，世界各国陆续建成年代中期，世界各国陆续建成了四个大型的托卡马克，他们分别是：了四个大型的托卡马克，他们分别是：美国的美国的 TFTR(Tokamak Fusion Test Reactor)日本的日本的 JT-60 欧洲的欧洲的 JET(Joint European Torus)苏联的苏联的 T-15 中国的超导托卡马克中国的超导托卡马克 HT7U(后更名为后更名为EAST，Experimental Advanced Superconducting Tokamak)第二十八页，本课件共有47页思考题思考题1.简述简述 射线、射线、射线与射线与 射线的含义，并比射线的含义，并比较三种射线的贯穿本领。较三种射线的贯穿本领。简述原子核结合能的含义。简述原子核结合能的含义。与裂变反应相比，核聚变所具有的优点有与裂变反应相比，核聚变所具有的优点有哪些？哪些？第二十九页，本课件共有47页第二部分第二部分 放射性同位素与考古放射性同位素与考古第三十页，本课件共有47页放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律1.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律1.2 半衰期和平均寿命半衰期和平均寿命1.3 放射性强度放射性强度第三十一页，本课件共有47页1.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律核衰变的基本规律核衰变的基本规律N=N0e-tN0是是t=0时，放射性核素的数目时，放射性核素的数目 是衰变常数，表示一个原子核在单位时间是衰变常数，表示一个原子核在单位时间内发生衰变的概率内发生衰变的概率第三十二页，本课件共有47页1.2 半衰期和平均寿命半衰期和平均寿命半衰期：半衰期：放射性元素衰变其原有核数一半所需的时放射性元素衰变其原有核数一半所需的时间，叫做间，叫做半衰期（半衰期（T）。t=T 时，时，N=N0/2平均寿命（平均寿命（）：）：描述核衰变快慢的物理量。描述核衰变快慢的物理量。=1/第三十三页，本课件共有47页1.3 放射性强度放射性强度放射性强度（放射性强度（A）放射性物质在单位时间内发生衰变的原子放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核的数目核的数目A=A0e-t第三十四页，本课件共有47页人工放射性的发现与同位素人工放射性的发现与同位素2.1 人工放射性的发现人工放射性的发现2.2 同位素同位素2.3 放射性与放射性同位素放射性与放射性同位素第三十五页，本课件共有47页2.1 人工放射性的发现人工放射性的发现1934年，法国约里年，法国约里奥奥-居里夫妇用居里夫妇用 粒粒子轰击铝，产生了子轰击铝，产生了一个磷的同位素，一个磷的同位素，但很快放出正电子但很快放出正电子蜕变为硅。蜕变为硅。伊伦伊伦约里奥约里奥-居里居里(Irne Joliot-Curie)第三十六页，本课件共有47页2.2 同位素同位素同位素是指它们在元素周期表中占有同一同位素是指它们在元素周期表中占有同一个位置，即原子序数相同，化学性质相同，个位置，即原子序数相同，化学性质相同，但是它们的原子量和放射性并不相同。但是它们的原子量和放射性并不相同。人们将人们将Z相同相同N不同的一些核素称为同位素不同的一些核素称为同位素（Isotope）；）；N相同相同Z不相同的核素称为同不相同的核素称为同中子异荷素（中子异荷素（Isotone）；）；A相同相同Z不同的一不同的一些核素称为同量异位素（些核素称为同量异位素（Isobar）。）。第三十七页，本课件共有47页2.3 放射性与放射性同位素放射性与放射性同位素Radioactivity(放射性放射性)Radioactivity也称为也称为“Radioactive decay(放射性衰变放射性衰变)”放射线伴随于不稳定原子核放射线伴随于不稳定原子核的衰变。的衰变。Radioisotope(放射性同位素放射性同位素)具有不稳定原子核的同位素。大多数的同具有不稳定原子核的同位素。大多数的同位素都具有放射性。位素都具有放射性。第三十八页，本课件共有47页放射性与放射性同位素的应用放射性与放射性同位素的应用工业同位素示踪工业同位素示踪放射性同位素电池放射性同位素电池同位素监控仪表同位素监控仪表辐射加工技术应用辐射加工技术应用示踪技术应用示踪技术应用植物育种技术植物育种技术昆虫辐射不育昆虫辐射不育食品辐照保藏食品辐照保藏基础医学研究基础医学研究核医学临床诊断核医学临床诊断核技术放射治疗核技术放射治疗医用辐射灭菌消毒医用辐射灭菌消毒水文勘测水文勘测核测井技术核测井技术淡化海水研究淡化海水研究辐照技术与环境保护辐照技术与环境保护考古研究考古研究打击走私和反恐怖斗争打击走私和反恐怖斗争反恐电子束辐照灭菌加速反恐电子束辐照灭菌加速器器第三十九页，本课件共有47页碳碳-14测年法原理测年法原理自然界中的自然界中的C14由宇宙射线与大气中的氮通过核反应由宇宙射线与大气中的氮通过核反应产生。产生。C14存在于大气中，随着生物体的吸收代谢，经过存在于大气中，随着生物体的吸收代谢，经过食物链进入活的动物或人体等一切生物体中。食物链进入活的动物或人体等一切生物体中。C14一面生成，一面衰变，使一面生成，一面衰变，使C14在自然界中的含量在自然界中的含量与与C12的含量的相对比值基本保持不变。的含量的相对比值基本保持不变。生物体死亡后，新陈代谢停止，由于生物体死亡后，新陈代谢停止，由于C14的不断衰的不断衰变，体内变，体内C14和和C12含量的相对比值相应不断减少。含量的相对比值相应不断减少。通过对生物体出土化石中通过对生物体出土化石中C14和和C12含量的测定，含量的测定，就可以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。就可以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。第四十页，本课件共有47页碳碳-14测年法测年法C14的半衰期的半衰期5730年年C14的适合测定的年份范围的适合测定的年份范围五百年以前五百年以前三万年以内三万年以内C14的应用实例的应用实例我国对楼兰女尸、罗布泊纸我国对楼兰女尸、罗布泊纸 的年代鉴定的年代鉴定兵马俑兵马俑第四十一页，本课件共有47页伪画鉴定伪画鉴定1945年年,盟军收复比利时之后，发现三流荷兰画家盟军收复比利时之后，发现三流荷兰画家H.A.VAN Meegeren通过一位银行家将著名的十七通过一位银行家将著名的十七世纪荷兰画家世纪荷兰画家 JAN Vermeer 的油画：的油画：Woman Taken in Adultery 出售给纳粹头目戈林的中间人。出售给纳粹头目戈林的中间人。1945年年5月月29日日 VAN Meegeren 被控通敌罪名而被捕入被控通敌罪名而被捕入狱。同年他声称该画与其它狱。同年他声称该画与其它5幅画都是他自己所伪造的。幅画都是他自己所伪造的。为了证实这个问题，组成了一个由著名化学家、物为了证实这个问题，组成了一个由著名化学家、物理学家和艺术史家参加的国际项目小组，利用化学理学家和艺术史家参加的国际项目小组，利用化学分析、分析、X光探测技术等多种方法研究画面及其颜料成分，光探测技术等多种方法研究画面及其颜料成分，最后宣布，该画确是赝品。但是仍有许多人拒绝相信此最后宣布，该画确是赝品。但是仍有许多人拒绝相信此结论。结论。第四十二页，本课件共有47页伪画鉴定伪画鉴定1967年美国年美国 Carnegie Mellon 大学的科学家大学的科学家们进行了这项研究。他们利用测量作画用们进行了这项研究。他们利用测量作画用颜料中铅颜料中铅210与镭与镭226放射性衰变率的大小及放射性衰变率的大小及其接近程度判断油画的年代。其接近程度判断油画的年代。铅铅210的半衰期为的半衰期为22年年镭镭226的半衰期为的半衰期为1620年年镭镭226铅铅210 铅铅210钋钋210通过鉴定确认，只有通过鉴定确认，只有织花边的女人织花边的女人和和微笑的少女微笑的少女两幅是真迹。两幅是真迹。第四十三页，本课件共有47页打击走私和反恐怖斗争打击走私和反恐怖斗争利用钴利用钴-60集装箱检查系统可有效打击利用集装箱走私货物、集装箱检查系统可有效打击利用集装箱走私货物、贩卖毒品、偷运武器和爆炸物等诈骗和恐怖主义活动。当集装贩卖毒品、偷运武器和爆炸物等诈骗和恐怖主义活动。当集装箱通过时，钴箱通过时，钴-60发出的发出的射线被准直器约束成扇形片状窄束，射线被准直器约束成扇形片状窄束，穿过集装箱到达探测器。探测器将接收到的穿过集装箱到达探测器。探测器将接收到的射线转换成电信射线转换成电信号，送到计算机进行图像处理，可在屏幕上将集装箱内隐藏的走号，送到计算机进行图像处理，可在屏幕上将集装箱内隐藏的走私品、毒品、武器和炸药等显示的一清二楚。私品、毒品、武器和炸药等显示的一清二楚。第四十四页，本课件共有47页反恐电子束辐照灭菌加速器反恐电子束辐照灭菌加速器在加速器中，被加速的在加速器中，被加速的电子束经过扫描磁铁时电子束经过扫描磁铁时被扫描成电子帘，当传被扫描成电子帘，当传送带上的被辐照物品通送带上的被辐照物品通过高能电子帘辐射区吸过高能电子帘辐射区吸收一定的电子束剂量后，收一定的电子束剂量后，被辐照物品中生物细菌被辐照物品中生物细菌就会被全部杀死。就会被全部杀死。第四十五页，本课件共有47页放射线对日常生活的影响放射线对日常生活的影响辐射计量单位辐射计量单位(毫仑目毫仑目)日常相关活动日常相关活动20000钴钴60治疗治疗5000职业人员年剂量职业人员年剂量1500胃透视一次胃透视一次1000巴西沙漠中的自然放射年剂量巴西沙漠中的自然放射年剂量500每人每年接受大自然放射计量每人每年接受大自然放射计量(来自宇宙设线大地及食物的年计量来自宇宙设线大地及食物的年计量)100胸部胸部X光一次光一次50我国核电厂界外法规限值我国核电厂界外法规限值 第四十六页，本课件共有47页思考题思考题1.同位素发现的意义是什么？你知道同位素同位素发现的意义是什么？你知道同位素有哪些用途？有哪些用途？2.考古学家怎样测定远古事件发生的年代？考古学家怎样测定远古事件发生的年代？第四十七页，本课件共有47页