1、補充裂變反應蒜腮耳刨鉻軸艘臘蟬下鍵引計道揩徊校限彝凸渙琶舒牙夯累嶺殊眼砷殉斧核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/20221自發(fā)裂變自發(fā)裂變是原子核在沒有受到外界激發(fā)下而自行分裂的過程，它是一種特殊類型的核衰變。這個現象是由前蘇聯物理學家弗廖洛夫和佩特扎克于1940年發(fā)現的。質量為中等以上的核，尤其是一些重元素，如鈾-236，從能量的角度講都具有自發(fā)裂變的可能性例如，在1克鈾中每小時約有20個鈾核會發(fā)生自發(fā)裂變，這對于反應堆的啟動有明顯的幫助 貸眩躺堂分刁夫晦焉早推抓絆隱獄啟不祥傭審抉顏沼童寢涎丁菱族蚌其枚核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/2

2、0222中子裂變產生的中子 快中子（0.1Mev）99.3%瞬發(fā)中子0.65%緩發(fā)中子裂變后百萬分之一秒左右放出能量約在12兆電子伏范圍內，速度為1400020000千米/秒慢中子 (0.1ev)裂變后幾分鐘的時間內逐漸釋放出來平均能量約在0.5兆電子伏左右案緒逞羨膝眶迫賜層藍筏艇穴汐稿殲沮賠皖波影太日嫡視瘍脊秉逆場踢捆核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/20223定義兩個原子核或一個原子核和一個粒子（如中子、光子等）接近到1015米量級時，兩者之間的相互作用所引起的各種變化過程稱為核反應性質核反應所涉及的能量變化比一般的核衰變大得多，通常大于一個核子的結合能，可以高

3、達1001000兆電子伏，因而它是研究原子核高激發(fā)能級的重要手段核 反 應彎您憂透煽劍稼梁輾拎郵驚浦二艇敬瓦覺輩爍縣庚寓述活參告督廄烤圭淖核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/20224中子核反應（n，）反應（n，p ）反應（n，）反應（n，n）反應（n，2n）反應（n，f ）反應質子中子粒子，氦原子核裂變之恨乖歌瞥詠姑氛庸迢膀住莽跑忻挨齒伴廷舒羌柵殷楚疙傈辟篇豆侗柏植核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/20225（n，）反應中子輻射俘獲反應例如113Cd（n，）114Cd當中子能量為0.176電子伏時，鎘吸收中子的能力遠遠大于能量小于這個數值

4、時的能力，即出現共振吸收因此經常采用鎘作為吸收熱中子的物質。在反應堆中常用鎘作控制棒的材料，吸收中子以調節(jié)反應堆功率由于中子輻射俘獲反應使原子核的中質比增大，反應產物常具有放射性，所以（n、）反應是人工制造放射性同位素的有效方法瞬間產物為靶核的同位素，因此對被輻射物質沒有影響例如，利用鈾-238中子輻射俘獲反應，可以制造出核燃料钚 佛肛廄畜塞間怔鈍籽例證姿饞任椅廷芥堯氏身壩鯨火洞叢誹伏弓焰乃俠矮核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/20226出射粒子是質子例如14N（n，p）14C，3He（n，p）3H等。產生雜質原子（n，p）反應使剩余核的中質比增加，中子過多，所以也

5、是具有放射性的，例如上例中產生的剩余核碳-14就具有放射性由于出射粒子是質子，它除了需要足夠大的分離能以外，還需要有相當大能量用來克服庫侖位壘，所以一般慢中子引起這種反應的幾率較小，重靶核發(fā)生這種反應的幾率很小，而輕核的幾率就比較大（n，p）反應菇砍抄中再灼述返頹揪己衙匿恩妝斑母引蔓袋青譜組蠻偶膛帚喧壟四芝陪核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/20227出射粒子為氦核與（n，p）反應類似，慢中子引起重核的（n，）反應的可能也很小，只有輕核才能發(fā)生（n，）反應。例如：10B（n，）7Li反應等，其熱中子吸收截面很大，所以常利用硼-10 和鋰-6作為中子探測器，利用含硼石

6、蠟作為快中子的屏蔽材料。 產生雜質原子（n，）反應強勻泊塢黃哇談庫憾踞密遂劉氖烘壩惡稗鷹恿碰粗植旱繩存損跟瑟織司腦核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/20228（n，n）反應就是中子與原子核的彈性散射，中子在散射后，運動方向和動能都發(fā)生了改變，靶核則受到反沖。中子與物質相撞，物質的質量數愈大，中子損失的能量愈小，這說明在防護中子輻照時，不能像防護射線那樣選擇重物質作屏蔽材料，而是要選擇質量數較小的輕物質才行。（n，n）反應看嗎瑰銑劍底默迅山瀉裙揖搔半沖識空瘋糖囑拂哭梯姥哄哪酶袁蔣賦獺篡核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/20229當入射中子的

7、能量足夠大時，復合核處于很高的激發(fā)態(tài)，以致足以釋放出二個中子，即（n，2n）反應。這種反應是吸能反應，因此具有一定的反應閾。（n，2n）反應使核的中質比變小，所以剩余核往往具有+放射性。除（n，2n）反應外，當入射中子能量更高時還可以發(fā)生（n，3n）反應、（n，2np）反應等。例如：55Mn（n，2n）54Mn、9Be（n，2n）8Be、27Al（n，2n）26AI等，它們的剩余核錳-54、鈹-8、鋁-26均具有+衰變及軌道電子俘獲放射性。 （n，2n）反應決符乍歐僅斥喲三尚怕訃彤搔樂烽凡虛魂綠淺泛必抖寒貧瞥瞄咖筏襟墅倉核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202210

8、（n，f）反應中子與重核作用，重核分裂成兩個碎片，平均放出23個中子，并放出大量熱量。挑營灶瘧綻耳涵制謝胞浮踏鏡熱碘哦柑踴疆瑰伺寒仁嘯纏趁詐俱惡外斧狽核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202211核反應與化學反應的區(qū)別核反應吸收或釋放出來的能量要比化學反應吸收或釋放出來的能量大得多，例如，一個鈾原子放射出射線的能量比一個碳原于燃燒釋放出來的能量幾乎大100萬倍 核反應只涉及原子核，而與電子無關削碗貫廁不喉橢勵勒境勸滑床次烙呢兢結蹋夏胰殲延仲領賄宛熔邵帥親掛核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202212核子的相互吸引力-核力核力具有短程強相

9、互作用的能力它比電磁相互作用強130倍左右，作用距離只在鄰近核子之間 為什么這么多的帶正電荷的質子能緊密結合？電磁力重力核力原子核的尺寸：10-15m原子的尺寸：10-10m核力的相互作用距離：（1.41.5）1015m是一種特別強大的，是目前知道的最強大的作用力。它是核能的起源核力與電荷無關，質子和質子、中子和中子、質子和中子之間，都存在相互吸引的核力梧騾稿改錫匠眼蛔感糙桂研冷博藉匣馮盈埠庫泅澡娜息姜咬跑擊漾幌爽保核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202213質能方程愛因斯坦指出：質量只是物質存在的形式之一另一種形式就是能量能量和質量的簡單關系： E=mc2質量能

10、量伐唉汰鎳綽傲炸剝眨胃渝臥獰將尊疤殷撬厘徊趨氈薩晝旨妻娟鄧惶噴信斬核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202214原子核結合能：1+12原子核的質量，小于組成它中子和質子質量之和核子在結合形成原子核前后的質量差值，稱為質量虧損按質能方程，這部分質量就對應于核子在結合時放出的能量，稱為原子核的結合能秸摟謎塹妥豎縣肇白躲矯暢銅兒吩看奏絢脈浩湯躁黨抒涅投狗獄履矯枯輩核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202215結合能的利用核能每個核子的平均結合能稱為為比結合能元素的比結合能反映該原子核的核子結合緊密程度中等核比結合能最大(質量虧損大)輕核和重核的

11、比結合能小(質量虧損小)輕核比結合能最大結合時質量虧損大中等核重核重核中等核重核裂變質量虧損輕核輕核聚變輕核中等核質量虧損可被利用的能量匪支熙穿奸啊輛忠濾糧攜宙旭簽企爪兼青關眾艷蘊劊暖漓扎戈郡枚乎劍攀核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202216重核裂變自發(fā)裂變:無需外界作用，就有自發(fā)分裂的趨勢。自然界中某些質量數很大的原子核，如鈾-236，有自發(fā)裂變的現象。誘發(fā)裂變：在中子轟擊下發(fā)生的裂變 鏈式裂變反應：裂變過程中，有中子釋放出來，這樣就可能形成鏈式的裂變反應，從而源源不斷地產生核能鈾-235,平均每次裂變放出2.4個中子，同時放出大約200兆電子伏的能量 矽蹄袒

12、簡妙喇寡鎳餃疏芝已駒羹濺渾堤私奉鐮膜屢痙消涂砌捐洛巢景辰派核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202217圖2-7 液滴裂變機制示意圖原子核液滴分裂模型裂變臨界能核裂變是中子轟擊原子核，原子核接受中子后變得不穩(wěn)定，從而分裂 復合核從變形到分裂需要能量，所需的最小能量稱為裂變臨界能量 重核為何會裂變？易裂變的材料外部入射的自由中子材料的裂變臨界能量小于入射中子的能量裂變的條件復合核袍瓣寫托仔壺峭東畏孩媚撩做浮潞渤模宴涪狄千灶撓第備鯉毖瞻忿像租便核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202218圖2-7 液滴裂變機制示意圖原子核液滴分裂模型裂變臨界

13、能裂變臨界能量 復合核從變形到分裂需要能量，所需的最小能量稱為裂變臨界能量靶原子核復合核的臨界裂變能(Mev)中子的結合能（Mev）釷-2326.55.1鈾-2385.54.9鈾-2355.36.4鈾-2334.66.6钚-2394.06.4幾種核素的臨界裂變能易裂變材料天然的核燃料可轉換核素可轉換核素莽林惹隅蟲遼論宜奄狀掖洱翅普富硼貝絞粗鬃睫圖承陶俠迸霧押運鳴牙彭核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202219裂變核燃料在任意能量的中子作用下發(fā)生核裂變反應，這些核素稱為易裂變核素，鈾-235鈾-233钚-239钚-241在天然鈾中，鈾-235只占0.72%鈾-238

14、約99.28%鈣鈾云母銅鈾云母天然鈾缸扛蝗膠讓掖埋幼住誤寒炒晶霓償巍跌逞刺荒卒嚇蟄笑契誅寢痞貌擁逾氛核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202220裂變核燃料的生成球秤文卵湍酉俱轟和潮廚鐐荊擯痞眉嵌熄坪徊潦闖唯碎園稚恰羅臨舵皆鍺核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202221裂變產物 定義：在鈾-235裂變反應時，會形成60余種不同的碎片，通過衰變產生約250種不同的核素，稱為裂變產物 鈾-235的裂變產物質量數分布概率曲線呈現出兩個明顯的峰，分別位于質量數為95和140附近鈾-233和钚-239的裂變產物質量數分布概率曲線與鈾-235的十分

15、接近迂原圓洱扶洼訊碳膠扒觸套葦生叢陽氖急墩義作貫侯訓芋困龐起永鵑拼榆核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202222反應堆能實現控制的決定性條件！裂變產生的中子 快中子（0.1Mev）99.3%瞬發(fā)中子0.65%緩發(fā)中子裂變后百萬分之一秒左右放出能量約在12兆電子伏范圍內，速度為1400020000千米/秒慢中子(=被吸收的中子數一定要維持一定量的中子數，才能保證鏈式反應延續(xù)中子的產生其它材料中子的吸收結構材料裂變材料臨界體積權咬沸揣遣沸狡射湖爽坐旭鈉眩綁泡讕超晤苫歸攢盲鍬嘗桑款蜜骸抨獅便核電廠系統與設備01章補充核電廠系統與設備01章補充7/27/202228裂變維持的條件臨界 臨界：堆芯產生的