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      核裂變

      放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2006-09-20

      核的反應(yīng)。具有核裂變的核燃料有鈾-235、鈾-233、钚-239,目前正在運轉(zhuǎn)的核電廠所使用的是鈾-235。用慢中子轟擊鈾-235時,就起下列裂變反應(yīng):

      裂變產(chǎn)物非常復雜,已發(fā)現(xiàn)的裂變產(chǎn)物有35種元素(從30Zn64Gd),放射性核有200種以上。

      核裂變所釋放出的大量能量與質(zhì)量虧損有關(guān),可用愛因斯坦(AEinstein)公式進行計算

      E=mc2

      式中△E表示系統(tǒng)能量的改變量△E=E生成物-E反應(yīng)物,△m表示系統(tǒng)質(zhì)量的改變量,(△m=m生成物-m反應(yīng)物),c為光速(2.9979×108m·s-1),若以如下裂變反應(yīng)為例

      141.9092、90.9056g·mol-1

      則△m=141.909290.90563×1.00867

      -235.04391.00867)}g·mol-1

      =235.8048-236.0526g·mol-1

      -0.2118g·mol-1

      E=m·c2

      =-0.2118×10-3kg·mol-1)×(2.9979×108m·s-12

      -1.9035×1013kg·m2·s-2·mol-1

      =-1.9035×1013J·mol-1

      =-1.9035×1010kJ·mol-1

      1.000g-235放出的能量是

      在核裂變過程中,每1g參加反應(yīng)的鈾-235可放出約8×107kJ的能量,而每1g煤完全燃燒時放出的熱量約為30kJ。這就是說,1g-235裂變所產(chǎn)生的能量相當于約2.7×106g煤燃燒時所放出的能量?梢姾四苁嵌嗝淳薮。

      由于核裂變反應(yīng)中產(chǎn)生了中子,故裂變反應(yīng)以鏈式反應(yīng)的形式進行。一般來說,在核裂變反應(yīng)中,產(chǎn)生的中子數(shù)多于消耗的中子數(shù),但產(chǎn)生的中子會被核裂變物質(zhì)和反應(yīng)堆內(nèi)構(gòu)件吸收一部分,還有一部分中子將逃逸到堆外,幸存中子的多少,對裂變鏈式反應(yīng)具有決定性影響,如果幸存中子平均不到1,鏈式反應(yīng)就愈來愈弱,稱為“收斂”,如果幸存中子平均大于1,則鏈式反應(yīng)會愈來愈強,稱為“發(fā)散”,最后可能達到無法控制的地步,原子彈爆炸即利用此原理,這非常危險!故我們希望幸存中子恰好為1,讓鏈式反應(yīng)經(jīng)久不息地進行下去。駕馭鏈式反應(yīng)可通過控制棒實現(xiàn),控制棒可用中子吸收截面很大但本身又不發(fā)生裂變的材料如鎘、硼、鉿制成。這種核反應(yīng)堆稱為熱中子反應(yīng)堆。

      天然鈾按質(zhì)量分數(shù)是包含0.0055%鈾-234、0.72%鈾-23599.2745%鈾-238三種同位素的“家族”,鈾-238不能直接用作核裂變?nèi)剂,如果僅用鈾-235作核燃料,其資源就很少,F(xiàn)代技術(shù)已開創(chuàng)了將鈾-238轉(zhuǎn)變成钚-239的技術(shù)

      -239能進行核裂變反應(yīng)。也就是說,在反應(yīng)堆里,每個鈾-235或钚-239裂變時放出的中子,除維持裂變反應(yīng)外,還有少量的中子可以用來使難裂變的鈾-238轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兊念?/font>-239。這種反應(yīng)堆稱為快中子增殖堆。簡稱快堆。即快堆在消耗裂變?nèi)剂弦援a(chǎn)生核能的同時,還能生成相當于消耗量1.21.6倍的裂變?nèi)剂。這樣,就可以把熱中子反應(yīng)堆中所積壓的鈾-238充分利用。

       

       

       
       
       
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