《能源环境学》课程教学资源（课件讲稿）第5章 核能

第五章 核能 5.1核能及发电原理 5.2 核能的开发与利用 5.3 核电的发展 5.4 核电站的安全性 5.5 核辐射及其防护 5.6 核废料处理

5.1￾核能及发电原理 5.2￾核能的开发与利用 5.3￾核电的发展 5.4￾核电站的安全性 5.5￾核辐射及其防护 5.6￾核废料处理

核能基础

核能基础

5.1核能及发电原理核能：利用核裂变和核聚变反应释发出能量的原理，开发出能源或动力装置和核武器。主要应用有：电站、核潜艇、原子弹、氛弹和中子弹中国第一颗氢弹爆炸成功腾起的蘑菇云一

核能：利用核裂变和核聚变反应释放出能量的原理， 开发出能源或动力装置和核武器。￾￾￾ ￾￾￾主要应用有：电站、核潜艇、原子弹、氢弹和中子弹 中国第一颗氢弹爆炸成功腾起的蘑菇云→ 5.1 核能及发电原理

1原子核(Nucleus)的构成n原子核包含两种粒子：中子(Neutron)与质子(Proton)n中子与质子的质量相近，约为电子质量的1840倍

1 原子核(Nucleus)的构成 n 原子核包含两种粒子： 中子(Neutron)与质子(Proton) n 中子与质子的质量相近，约为电子质量的1840倍

2 中子、质子、电子n它们质量很小，通常以“原子质量单位"u表示n 1u = 1. 66 10-27 kgn 1m。= 9. 1092 10-31 kg = 0.00055 un 1m,= 1.67262 10-27 kg = 1. 00730 uDn 1m = 1.67493 10-27 kg = 1.00869 u

2 中子、质子、电子 n 它们质量很小，通常以“原子质量单位”u表示 n 1u = 1.66￾ 10-27 kg n 1m e = 9.109￾ 10-31 kg = 0.00055 u n 1m p = 1.67262￾ 10-27 kg = 1.00730 u n 1mn = 1.67493￾ 10-27 kg = 1.00869 u

3原子核的结合能任何原子核的质量亏损总是大于零，表明白由核子结合成原子核时，有能量释放出来福·氮原子核（4He）由2个质子+2个中子构成>1原子核 4He 的质量2个质子质量+2个中子质量2 x 1.007276 + 2 x 1.008665 - 4.002603AM (4He) = 4.031882_-4.002603 = - 0.029279 u282protonsHelium+2neutronsnucleus

任何原子核的质量亏损总是大于零，表明由自由核子结 合成原子核时，有能量释放出来。 •氦原子核（ 4He）由2个质子 + 2个中子构成 2个质子质量 + 2 个中子质量 >1原子核 4He 的质量 2 x 1.007276 + 2 x 1.008665 - 4.002603 ΔM (4He) = 4.031882 - 4.002603 = - 0.029279 u 3 原子核的结合能

4核能何来n核能的来源的两个途径可以获得能量1.重核裂变，即一个重核可裂变为两个中等质量的核，从而获得原子能2.轻核聚变。当两个或两个以上的较轻原子核，在极高的温度和极大的压力下非常靠近时，它们聚合在一起而形成一个较重的新原子核，同时释放出巨大的能

4 核能何来 n 核能的来源的两个途径可以获得能量： 1.重核裂变，即一个重核可裂变为两个中等质量 的核，从而获得原子能。 2.轻核聚变。当两个或两个以上的较轻原子核， 在极高的温度和极大的压力下非常靠近时，它 们聚合在一起而形成一个较重的新原子核，同 时释放出巨大的能

5重核裂变与轻核聚变netuon中子核裂变：被中子击中时，大原fissionpiodut子核分裂成数个小原子核，这裂更产物netuon个过程会释放能量。中子netuon中子targetmucleus靶原子核sionpioduct"U+n4?Sr+Xe+10n裂雙产物netuon中子核聚变：数个小原子HeliumTritium氨氛核结合并释放能量。Fusion核聚婴H+H34?H+'nDeuteriumNeturon氛中子

5 重核裂变与轻核聚变 核裂变：被中子击中时，大原 子核分裂成数个小原子核，这 个过程会释放能量。 核聚变：数个小原子 核结合并释放能量

原子核平均结合能（比结合能）曲线每个粒子的平均结合能（兆电子伏）1各原子核中，每个60SKrCaU核子的平均结合能随质量数而变化重核裂变轻核聚合6-9 MeVHe2中等重量的原子核TH265075100150175200225250125质量数的比结合能较大FissionoSr3Xe54释放能量途径：1）重核裂变Fusion2）轻核聚合润on成原子核HeH

•  原子核平均结合能(比结合能 )曲线 1 各原子核中，每个 核子的平均结合能 随质量数而变化 6-9 MeV 2 中等重量的原子核 的比结合能较大                                   释放能量途径: 1）重核裂变 2）轻核聚合 成原子核 重核裂变 轻核聚合

释放能量举例235U裂变中子引起252Cα自发裂变235L256Cf15443E=mc工原子核聚合protonneutrinoPHelium(gHe)(e-type)H的燃烧nucleuspositronpnpa太阳能nppp+ 26.775 MeVThe Origin of Solar Energy

252Cf   α自发裂变 中子引起 235U 裂变 H 原子核聚合 H 的燃烧 太 阳 能 •   释放能量举例