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第3節(jié) 核能的開發(fā)與放射性防護(hù)
華師大版九年級(jí)下冊(cè)
第六章 能源與社會(huì)
1945年8月6日和8月9日，美國(guó)將兩顆外號(hào)為“小男孩”和“胖子”的原子彈，分別投到日本廣島和長(zhǎng)崎，原子彈爆炸時(shí)釋放的巨大能量使這兩座城市在瞬間化為廢墟。
小男孩
胖子
一、核能和核能的釋放
原子核在轉(zhuǎn)變過程中所釋放的能，叫做原子核能，簡(jiǎn)稱核能。核能過去也稱原子能。例如，放射性元素鐳的原子核分裂時(shí)釋放出能。這種能就是核能，它使含鐳元素的鹽發(fā)熱。因此鐳鹽樣品的溫度始終比周圍溫度高。
核能是從原子核內(nèi)部釋放出來的，它比化學(xué)反應(yīng)中所釋放出的化學(xué)能要大得多。比如，我們?nèi)裟馨?g氮核全部轉(zhuǎn)變成氧核時(shí)，所釋放出來的核能，就相當(dāng)于燃燒4t煤所釋放的化學(xué)能。
但是一個(gè)原子的原子核不會(huì)輕易改變，它的能也不會(huì)隨便釋放。那么又如何使原子核釋放出其內(nèi)部的核能呢？
核能的釋放有兩條途徑：重核的裂變和輕核的聚變。
重核的裂變
由質(zhì)量較大的原子核，分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，同時(shí)釋放出巨大的能量。人們把這個(gè)現(xiàn)象叫做重核的裂變。1938年德國(guó)科學(xué)家哈恩等人用中子轟擊鈾核時(shí)，發(fā)現(xiàn)了重核的裂變，獲得了核能。
約里奧—居里等科學(xué)家很快又在實(shí)驗(yàn)中證明，每次鈾核裂變還會(huì)放射出2～3個(gè)中子來。如果其中2個(gè)中子又擊中另外2個(gè)鈾核，它們分裂后又會(huì)放出4～6個(gè)中子來。這樣，由中子引起的裂變鈾核由2變4，4變8 ……越來越多，釋放出的能量也就越來越大，這種鏈鎖式的鈾核裂變反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
中子
中子
鈾-235
能量
氪- 92
鋇- 141
重核的裂變
如果原子核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加限制，形成雪崩式的裂變反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)放出巨大的能量，就會(huì)發(fā)生猛烈的爆炸。原子彈（核武器）就是應(yīng)用這一原理制造的。
如何控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度？主要是對(duì)中子的數(shù)量及能量加以控制，使原子核的裂變反應(yīng)連續(xù)而緩慢地進(jìn)行，核能有控制地平穩(wěn)釋放，這樣核能就可以得到和平利用。
可控制地進(jìn)行核反應(yīng)的裝置稱為核反應(yīng)堆。核電站就是利用核反應(yīng)堆提供的能量發(fā)電的。這是目前和平利用原子核能的主要途徑。
我國(guó)第一顆原子彈
廣東臺(tái)山核電站
愛因斯坦
偉大的物理學(xué)家愛因斯坦從小對(duì)數(shù)學(xué)與一些小機(jī)器特別有興趣。強(qiáng)烈的好奇心，喚起了他探索自然奧秘的極大興趣。他在1905年發(fā)表的五篇科學(xué)論文，幾乎涉及了20世紀(jì)理論物理發(fā)展的主要領(lǐng)域，有人說這五篇論文都有資格獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
愛因斯坦在科學(xué)上的主要貢獻(xiàn)是在相對(duì)論與量子論這兩個(gè)方面。愛因斯坦在諸多領(lǐng)域做出了里程碑式的貢獻(xiàn)；作為一個(gè)思想家，他留下了許多啟迪人們思想的精神財(cái)富；作為一個(gè)爭(zhēng)取自由與和平的戰(zhàn)士，他對(duì)邪惡勢(shì)力展開了不懈的斗爭(zhēng)。他是在許多方面都值得我們學(xué)習(xí)的一位偉人。
科 學(xué) 家 小 傳
愛 因 斯 坦
二、核電站
核電站的核心是核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆的主要材料是核燃料、慢化劑和冷卻劑。目前世界上的核電站大多數(shù)用低濃度鈾或天然鈾作為核燃料。
核裂變反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的能量由循環(huán)流動(dòng)的水流導(dǎo)出。為了保證核反應(yīng)堆的放射性不會(huì)被水流帶出，核反應(yīng)堆中安裝了兩個(gè)循環(huán)水回路。
第一回路是不銹鋼管組成的管道，管道通過反應(yīng)堆的中心。管道里充滿水，依靠泵的動(dòng)力使水在管道里循環(huán)流動(dòng)，把核反應(yīng)放出的能量帶出。第二個(gè)回路通過熱交換器，獲取第一個(gè)回路的能量，使第二回路中的水轉(zhuǎn)化成蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。汽輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。
核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能
核電站中的反應(yīng)堆
秦山核電站
小 資 料
秦山核電站
核電站的優(yōu)越性
閱 讀
日本福島核電站事故及核電站的安全性
小 資 料
輕核的聚變
重核裂變發(fā)現(xiàn)以后，人們很快就發(fā)現(xiàn)質(zhì)量較輕的原子核結(jié)合成質(zhì)量較重的原子核時(shí)，也能釋放能量，這種現(xiàn)象叫做輕核的聚變。輕核的聚變會(huì)放出更大的核能。
例如一個(gè)氘核（有1個(gè)質(zhì)子與1個(gè)中子的氫核）和一個(gè)氚核（有1個(gè)質(zhì)子與2個(gè)中子的氫核）都是帶正電的，相互靠近時(shí)要相互排斥。但把它們加熱到很高溫度，可以使它們聚合為氦核，這種聚變現(xiàn)象只能在高溫高壓條件下發(fā)生，所以就稱為熱核反應(yīng)。這種聚變反應(yīng)放出的能量比鈾核裂變放出的能量還要大幾十倍。
氫彈是比原子彈爆炸力更強(qiáng)的核武器，它就是利用輕核聚變?cè)碇瞥傻摹?br/>中子
重氫氘核
輕核融合
重氫氚核
形成氦核
釋放能量
被排斥的中子
輕核的聚變
到目前為止，人們還未找到實(shí)用的控制核聚變反應(yīng)的方法。所以還不能做到和平利用核聚變的能量。
自然界中的太陽(yáng)及許多恒星內(nèi)部正進(jìn)行著規(guī)模巨大的熱核反應(yīng)，正是熱核反應(yīng)為太陽(yáng)提供了巨大的能量，讓我們地球上的人類享用著聚變反應(yīng)所釋放的能量。
我國(guó)的原子彈和氫彈
1960年中國(guó)科學(xué)院建立了原子能研究所，黨中央調(diào)集了我國(guó)錢三強(qiáng)、朱光亞、陳能寬、程開甲、王淦昌、鄧稼先、周光召與王承書等一大批優(yōu)秀科學(xué)家進(jìn)行研究。
1964年10月16日，我國(guó)第一顆原子彈試驗(yàn)爆炸成功。
第一顆原子彈試爆成功后，我國(guó)科學(xué)家與工程技術(shù)人員又馬不停蹄地繼續(xù)進(jìn)行氫彈的研制工作。1967年6月17日，我國(guó)又成功試爆了第一顆氫彈。從第一顆原子彈到第一顆氫彈，兩次爆炸僅隔兩年零8個(gè)月時(shí)間。而美國(guó)用了7年，蘇聯(lián)用了4年，英國(guó)用了5年，法國(guó)則用了8年。氫彈爆炸的成功，說明我國(guó)核技術(shù)水平已經(jīng)位居世界前列。
1996年7月29日，我國(guó)政府鄭重宣布，從1996年7月30日起中國(guó)開始暫停核試驗(yàn)。同時(shí)向世界各國(guó)，特別是有核武器國(guó)家呼吁實(shí)現(xiàn)無核武器的世界，確保各國(guó)共享和平、安全、穩(wěn)定與繁榮。
科學(xué) 技術(shù) 社會(huì) 環(huán)境
三、放射性和放射性元素
放射性元素鐳的原子核分裂時(shí)放出放射線。
科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鈾（U）、釙（Po）、鐳（Ra）等元素能夠自發(fā)地放出放射線，科學(xué)家把元素的這一特性叫做放射性，其中鐳的放射性最強(qiáng)。能夠自發(fā)地放射穿透力很強(qiáng)射線的元素叫做放射性元素。
除了鈾、釙、鐳這些元素以外，有些建筑材料，如花崗石、大理石等天然石材也有放射性，用它建造房屋，對(duì)居住在里面的人會(huì)有危害；患有某些癌癥的病人，可以利用某種放射線，把癌細(xì)胞殺死。
放射性標(biāo)志
天然大理石材
鈾-235
居里夫人和鐳元素
放射線
放射性元素在衰變或裂變時(shí)會(huì)放出能量很高的粒子流，這些粒子流稱為放射線。如會(huì)釋放出
帶正電的α射線：高能氦核流；
帶負(fù)電的β射線：高能電子流；
電中性的 射線：高能電磁波。
這些射線都能貫穿物體，其中
貫穿物體本領(lǐng)最強(qiáng)的是γ射線，
其次為β射線，最弱的是α射線。
另外，原子核在裂變時(shí)會(huì)放出速度很大的中子流和原子核碎片流。在日本福島核電站事故中經(jīng)常提到的131I（碘—131），就是原子核碎片。
四、放射性的應(yīng)用與防護(hù)
放射性元素的放射線在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及醫(yī)療衛(wèi)生等各個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用。
在工業(yè)上，利用放射線的穿透物體的本領(lǐng)，
來檢測(cè)控制鋼板或紙張的厚度，也可以檢查金屬
內(nèi)部的砂眼及裂縫。
在農(nóng)業(yè)上，通過放射線照射種子，使種子
發(fā)生變異，培育出優(yōu)良品種，使農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。
在醫(yī)療衛(wèi)生上，利用射線可以檢查和治療惡性腫瘤。
這是因?yàn)榉派渚€有很高的能量，可以使生物細(xì)胞內(nèi)的水分子、
DNA分子分解，使癌細(xì)胞不再分裂、繁殖，從而起到抑制、
消除腫瘤病灶的作用。
長(zhǎng)期過量的放射線照射對(duì)人體是有害的。
在需要利用放射線的地方，如醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)室，必須用鉛玻璃、鉛板等把放射性物質(zhì)與人體隔開。
嚴(yán)格管理放射源，不允許非專業(yè)人員接觸放射源。
防止放射性物質(zhì)泄漏，以避免污染環(huán)境。
除了核電、醫(yī)用核設(shè)施外，燃煤、大理石、夜光珠等也都具有放射性，因此處避免與它們直接接觸外，應(yīng)盡量少食用經(jīng)煤炭直接烘烤的食物，注意室內(nèi)通風(fēng)排氣。
放射性元素與考古
對(duì)于含鈾的巖石，可以根據(jù)這種巖石含鈾和鉛的比例來推算巖石的年代。
對(duì)于古生物化石常利用放射性元素碳 -14的含量來測(cè)定其年代。
巖石形成時(shí)的放射性元素含量
一段時(shí)間以后，放射性元素減少了一半，這段時(shí)間稱為半衰期
又經(jīng)過一個(gè)半衰期，剩余的放射性元素為最初時(shí)的四分之一
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