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核化学简介 1、同位素 核化学研究原子核结构、核转变及放射性同位素,跨越化学与物理边界,涉及核燃料、放射性分离、核废料处理及核技术应用,是现代能源、医学、考古等领域的基础。 核心概念:同位素——质子数相同、中子数不同的同一元素原子,化学性质相似但物理性质不同。符号^A_Z X,质量数A=质子数Z+中子数N。原子质量以碳-12(¹²C)的1/12定义1 u,阿伏伽德罗常数N_A≈6.022×10²³。 重要同位素应用:碳-12(¹²C)为原子质量基准,也是中子慢化剂;碳-14(¹⁴C)半衰期5730年,用于考古定年。铀-238(²³⁸U,丰度99.27%)吸收中子经两次β⁻衰变生成易裂变的钚-239(²³⁹Pu)。铀-235(²³⁵U)存在于自然界中,是唯一天然易裂变核素,丰度仅0.72%,核电站需浓缩至3–5%,武器级>90%,裸球临界质量约52 kg,加装中子反射层后可降至15 kg。钍-232(²³²Th)储量约为铀的3–4倍,吸收中子后同样经两次β⁻衰变生成易裂变的铀-233(²³³U),废料毒性低、防核扩散能力强。 三大易裂变核素:铀-233(²³³U)由钍-232转化,临界质量15–16 kg,钍‑铀循环尚处实验阶段;铀-235(²³⁵U,临界质量52 kg/15 kg);钚-239(²³⁹Pu)由铀-238转化,临界质量约10 kg,用于快堆及核武器。铀—钚循环已成熟,目前应用于压水堆中。 核化学贯穿核燃料开采、提纯、裂变、后处理及废料处置全过程,支撑放射性测年、核医学成像、辐射加工等民用技术,也是核不扩散与核安全监管的理论基础,对能源转型与科技安全意义深远。
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