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欢乐马1周前
核化学简介续 2、原子结构与核裂变 ⑴、原子基础结构 原子由原子核(质子Z + 中子N)与核外电子e⁻构成。原子核体积仅为原子的几千亿分之一,却集中了99.9%以上的质量。核能即源自打破这个微小核心所释放的巨大能量。 ⑵、核裂变核心定义 重原子核被中子撞击后分裂为两个中等质量的新核,同时释放新生中子与巨大能量,该过程即为核裂变,是核电站与核能源的核心反应。 ⑶、守恒规律与反应方程式 ①两大守恒规则:质量数守恒、电荷数守恒;系统总静质量不守恒,质量亏损转化为核能。 ②通用裂变式:(A,Z)X+(1,0)n→(A₁,Z₁)Y₁+(A₂,Z₂)Y₂+k·(1,0)n+能量。 ③标准铀-235裂变方程:²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹²₃₆Kr + ¹⁴¹₅₆Ba + 3¹₀n + 200MeV。 ④守恒定量关系:质量数守恒A+1=A₁+A₂+k,电荷数守恒Z=Z₁+Z₂。 ⑷、能量来源:质量亏损与质能方程 裂变前后粒子数目不变,但总静止质量轻微减少,亏损质量Δm依照质能方程E=Δm·c²转化能量。光速c≈3.0×10⁸m/s,极小质量亏损即可释放巨量能量。1kg铀-235理论热当量约2700吨标准煤、2280万度电、1.96万吨TNT当量;电站实际发电(热效率33%)约750万度电。 ⑸、铀-235裂变产物分布特征 热中子轰击铀-235,裂变产物呈典型不对称双峰分布:质量数分布区间A=72~161;裂变产额谷A=115~125,产额极低;轻峰区间(80–110)峰值90–100,典型核素锶-90、锆-95、钌-103;重峰区间(125–155)峰值133–143,典型核素铯-137、钡-137、碘-135;产物覆盖元素范围Z=30~64,涵盖35种元素、300余种核素。主流配比轻核A≈95、重核A≈139,所有裂变产物均中子过剩、强放射性、长半衰期,是核废料的主要来源。 ⑹、关键概念 ①链式反应:裂变释放的新中子持续撞击重核,使反应自持持续进行。 ②可控/不可控裂变:核电站依靠控制棒调控中子数量,实现稳态可控裂变;核武器为瞬时不可控剧烈裂变。 ③临界质量:维持自持链式反应所需的最小裂变材料质量。 ④核废料:以锶-90(β辐射高毒)、铯-137(主要γ辐射源)为代表,放射性强、处置难度高。
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