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核裂變

放大字體  縮小字體 發布日期:2006-09-20

核的反應。具有核裂變的核燃料有鈾-235、鈾-233、钚-239,目前正在運轉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:

裂變產物非常復雜,已發現的裂變產物有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量虧損有關,可用愛因斯坦(AEinstein)公式進行計算

E=mc2

式中△E表示系統能量的改變量△E=E生成物-E反應物,△m表示系統質量的改變量,(△m=m生成物-m反應物),c為光速(2.9979×108m·s-1),若以如下裂變反應為例

141.909290.9056g·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裂變所產生的能量相當于約2.7×106g煤燃燒時所放出的能量。可見核能是多么巨大。

由于核裂變反應中產生了中子,故裂變反應以鏈式反應的形式進行。一般來說,在核裂變反應中,產生的中子數多于消耗的中子數,但產生的中子會被核裂變物質和反應堆內構件吸收一部分,還有一部分中子將逃逸到堆外,幸存中子的多少,對裂變鏈式反應具有決定性影響,如果幸存中子平均不到1,鏈式反應就愈來愈弱,稱為“收斂”,如果幸存中子平均大于1,則鏈式反應會愈來愈強,稱為“發散”,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,讓鏈式反應經久不息地進行下去。駕馭鏈式反應可通過控制棒實現,控制棒可用中子吸收截面很大但本身又不發生裂變的材料如鎘、硼、鉿制成。這種核反應堆稱為熱中子反應堆。

天然鈾按質量分數是包含0.0055%鈾-2340.72%鈾-23599.2745%鈾-238三種同位素的“家族”,鈾-238不能直接用作核裂變燃料,如果僅用鈾-235作核燃料,其資源就很少。現代技術已開創了將鈾-238轉變成钚-239的技術

-239能進行核裂變反應。也就是說,在反應堆里,每個鈾-235或钚-239裂變時放出的中子,除維持裂變反應外,還有少量的中子可以用來使難裂變的鈾-238轉變為易裂變的钚-239。這種反應堆稱為快中子增殖堆。簡稱快堆。即快堆在消耗裂變燃料以產生核能的同時,還能生成相當于消耗量1.21.6倍的裂變燃料。這樣,就可以把熱中子反應堆中所積壓的鈾-238充分利用。

 
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