核裂变及核聚变课件

3.1核核 裂裂 變變 及及 核核 聚聚 變變3.1核 裂 變 及 核 聚 變太陽的壽命太陽的壽命燃燒 1 kg 煤所釋放的能量大約是 24 MJ。假如太陽是由煤所構成，它就會在 4000 年內耗盡所有燃料。不過，研究顯示太陽已存在超過 40 億年。太陽的能量從何而來？來自它核心內的核聚變。太陽的壽命燃燒 1 kg 煤所釋放的能量大約是 24 MJ。1 核裂變核裂變核裂變核裂變發生時，一個較重的原子核會分裂成兩個較輕的原子核和數個中子。低速中子撞擊鈾-235核時，鈾-235核或會發生核裂變。模擬程式模擬程式1 核裂變核裂變發生時，一個較重的原子核會分裂成兩個較輕的天然的鈾包含兩種同位素：鈾-238(99.3%)和鈾-235(0.7%)鈾-235 較稀有的同位素 能發生核裂變 會分裂成不同元素的原子核，但多數是鋇(barium)和氪(krypton)的原子核U+n Ba+Kr+n+n+能量23592101445690361010天然的鈾包含兩種同位素：23511449011裂變的反應要在大約 1000 C 的高温下發生。重量為 1 g 的鈾-235裂變時會釋放約 7.2 1010 J 的能量。龐大的能量燃燒 1 kg 煤所釋放的能量大約是 24 MJ。1 g 的鈾-235 =kg 煤3000裂變的反應要在大約 1000 C 的高温下發生。燃燒 1 核裂變時，一個重的原子核分裂成較輕的原子核，過程中釋放出大量能量。核裂變時，一個重的原子核分裂成較輕的原子核，過程中釋放出大量鈾-235 較稀有的同位素 能發生核裂變 會分裂成不同元素的原子核，但多數是鋇(barium)和氪(krypton)的原子核U+n Ba+Kr+n+n+能量23592101445690361010 U+n Xe +Sr+n+n+n+能量2359210143549038101010鈾-23523511449011 U+n 2 連鎖反應連鎖反應鈾-235核分裂時，會放出兩至三個中子。這些中子可能 繼續令鈾-235分裂（但先決條件是附近要有很多鈾-235核）。逃逸到外面，不會繼續引發裂變。鈾礦石的質量愈大，中子逃逸的比率愈小。2 連鎖反應鈾-235核分裂時，會放出兩至三個中子。當鈾礦石的質量 臨界質量臨界質量，核裂變便會連續不斷地迅速發生。連鎖反應連鎖反應模擬程式模擬程式U-235(0.7%濃缩至 to 3-5%)連鎖反應是可控制的。如：用物質吸走部份中子 當鈾礦石的質量 臨界質量，核裂變便會連續不斷地迅速發生。例題例題 1(a)求 x 和 y。考慮原子序數94+0=42+x+y 0 x=52 考慮質量數239+1=104+134+y 1 y=2 鈽-239可發生以下核裂變反應：Pu+n Mo+Te+y n239941010442134x10例題 1(a)求 x 和 y。考慮原子序數94+0(b)如果有足夠的鈽燃料，這核裂變可產生連鎖反應嗎？可以（這核裂變會製造中子）鈽-239可發生以下核裂變反應：Pu+n Mo+Te+y n239941010442134x10(b)如果有足夠的鈽燃料，這核裂變可產生連鎖反應嗎？可以（3 核聚變核聚變將兩個較輕的原子核結合為一個較重的原子核，同樣會釋放出大量能量。核聚變核聚變 一個氫-2（氘）核和一個氫-3（氚）核結合成為氦-4 核，並放出一個中子 H+H He+n+能量21314210模擬程式模擬程式3 核聚變將兩個較輕的原子核結合為一個較重的原子核，同樣會 原子核帶正電 它們會相互排斥若要聚變發生，兩個原子核必須以極高速撞向對方。要使原子核高速移動，可以利用核裂變將温度提高至攝氏 1 億度(108 C)原子核以高速互相碰撞，引起聚變反應是不可控制的。(現時而言)原子核帶正電反應是不可控制的。(現時而言)在氫的聚變中 1 g 燃料釋放 3.4 1011 J 能量 比核裂變(7.2 1010 J)釋放更多能量核聚變時，兩個原子核結合成為一個較重的原子核。若兩個原子序數低的原子核結合，便會釋放大量能量。在氫的聚變中核聚變時，兩個原子核結合成為一個較重的原子核。若太陽中心部分發生的核聚變 產生能量 主要是由氫聚合成氦 持續了幾十億年太陽中心部分發生的核聚變例題例題 2(a)求 x 和 y。由此指出 Z 是甚麼。考慮質量數15+1=x+4 x=12 考慮原子序數7+1=6+y y=2 Z 是氦原子核。一個比太陽還要重的恆星發生以下核聚變：N+H C+Z15711x64y例題 2(a)求 x 和 y。由此指出 Z 是甚麼。考慮質(b)寫出一個發生核聚變的條件。温度必須達到約 108 C。一個比太陽還要重的恆星發生以下核聚變：N+H C+Z15711x64y(b)寫出一個發生核聚變的條件。温度必須達到約 108 進度評估進度評估 1 Q1下列哪種元素可應用於核裂變？A鈾-235B鈾-238C氫D氦進度評估 1 Q1下列哪種元素可應用於核裂變？A鈾-2進度評估進度評估 1 Q2MNA 電子電子B 電子 能量C 中子 電子D 中子 能量一個鈾原子核發生核裂變。M 撞擊鈾原子核產生 N。M 和 N 是甚麼？進度評估 1 Q2MN一個鈾原子核發生核裂變。M進度評估進度評估 1 Q343.核 _ 發生時，氫原子核結合形成 （較重較輕）的原子核。4.核 _ 發生時，鈾原子核分裂成較輕的原子核，釋放出大量能量。要維持 _ 反應，裂變過程必須釋出 _。聚變裂變連鎖中子進度評估 1 Q34核 _ 發生時，氫進度評估進度評估 1 Q5x=_ y=_ 這是一個核（裂變聚變）的例子。44 He+He Be+能量42x28y進度評估 1 Q5x=_ 這是一個核（裂4 核核 能能 a 受控核裂變受控核裂變在受控制的情況下，核裂變產生的核能可以用來發電。鈾-235在核電站的核反應堆核反應堆內發生核裂變，所釋放的能量被轉化成電能。4 核 能 a 受控核裂變在受控制的情況下，核裂變產生的核裂变及核聚变课件核裂变及核聚变课件例題例題 3大亞灣核電站有兩個反應堆，每個反應堆的功率均為 900 MW(1 MW=106 W)。(a)核電站在 1 小時內最多可提供多少能量？最多可提供的能量=2 900 106 3600=6.48 1012 J 例題 3大亞灣核電站有兩個反應堆，每個反應堆的功率均為 90(b)設核電站的效率是 33.3%，試計算 1 小時內鈾燃料所釋放出的能量。反應堆提供的能量鈾燃料釋放出的能量效率=1.95 1013 J 6.48 1012鈾燃料釋放出的能量=33.3%鈾燃料釋放出的能量(b)設核電站的效率是 33.3%，試計算 1 小時內鈾燃b 潛在危機潛在危機核電站製造的核廢料具有放射性。處理和儲存都會出現嚴重的問題 必須送往處理工廠，將有用的原料從廢料中提取出來 剩餘的廢料會儲存在鋼質圓桶內，長年埋在偏遠地方的地底下核廢料核廢料b 潛在危機核電站製造的核廢料具有放射性。核廢料核裂变及核聚变课件福島第一核電廠事故福島第一核電廠事故(2011)福島第一核電廠事故(2011)c 優點與缺點優點與缺點使用核能與否是一個極富爭議性的問題。支持者認為核能是解決能源短缺危機的辦法。核電站的燃料體積很小。沒有燃料運輸的問題 適合那些需要長距離運送煤或石油的地區c 優點與缺點使用核能與否是一個極富爭議性的問題。支持者認為比燃煤或燃油發電便宜。比較清潔，所引起的環境污染問題較少，而燃煤及燃油的發電廠則會產生大量飛灰。支持者認為反對者認為核能並非必要。未來對能源的需求可透過開發替代能源及節約能源來解決。廣泛使用核能會助長核武發展。要花費大量金錢去維持和提高核反應堆的安全標準，並不一定較燃煤或燃油發電便宜。反對者認為反對者認為對公眾帶來不能接受的危險。儘管發生核事故的可能性很低，可是一旦發生意外，後果會不堪設想。處理及儲存核廢料會造成嚴重的安全問題。核能有助解決世界未來能源短缺危機，但也會帶來嚴重的社會及環境問題。反對者認為核能有助解決世界未來能源短缺危機，但也會帶來嚴重d 受控核聚變受控核聚變海水含有很豐富的核聚變燃料，而且聚變的產物氦是一種不帶放射性的惰性氣體。科學家希望可以在本世紀中期建立成第一個核聚變反應堆。如果可以控制核聚變，人類就可得到一種非常便宜、充足和安全的能源。d 受控核聚變海水含有很豐富的核聚變燃料，而且聚變的產物氦核裂变及核聚变课件5 核核 武武 a 原子彈原子彈把超過臨界質量的濃縮鈾分為兩半，放在彈殼內，便製成了原子彈原子彈。引爆時，兩堆濃縮鈾會混在一起，令總質量超過臨界質量。引發不受控的連鎖反應 釋放大量熱和核輻射化學爆炸品鈾-2355 核 武 a 原子彈把超過臨界質量的濃縮鈾分為兩半，放鈾礦石通常只含有 0.7%可裂變的鈾-235。要製造原子彈的話，鈾礦石就要經過複雜的程序處理，以增加鈾-235的濃度。(85%以上)鈾礦石通常只含有 0.7%可裂變的鈾-235。video:The first atomic bomb(1945)video:The first atomic bomb(1The bomb reaches ground after 43 s.炸彈43 s 後到達地面。A fire wall of 300 m high is set up.Temperature reaches 4000 oC.All people immediately vaporize or turn into carbon.形成高 300 米的火墻。溫度達 4000 oC，所有的人立即蒸發，或變成碳。Infra-red radiation and gamma rays are also emitted.此外，亦發出紅外輻射和伽瑪射線。Shock waves occur a few second later.激波會於數秒後產生。video:The first atomic bomb(1945)The bomb reaches ground after b 氫彈及中子彈氫彈及中子彈氫彈氫彈的威力來自人造的不受控聚變。利用不受控的裂變（原子彈）來引發聚變。一般而言，氫彈的破壞力比原子彈大 100 至 1000 倍。b 氫彈及中子彈氫彈的威力來自人造的不受控聚變。核裂变及核聚变课件b 氫彈及中子彈氫彈及中子彈中子彈與氫彈相似，分別在於它在高處爆炸。由核聚變產生的中子到達地面時，會殺死人及牲口，但不會破壞建築物。b 氫彈及中子彈中子彈與氫彈相似，分別在於它在高處爆炸。進度評估進度評估 2 Q1使用下列哪些燃料發電會產生污染？A 只有(2)B 只有(1)和(2)C 只有(1)和(3)D (1)、(2)和(3)(1)天然氣(2)鈾-235(3)石油 進度評估 2 Q1使用下列哪些燃料發電會產生污染？A A 運送燃料的問題較少B 發電時製造較少空氣污染物C 每單位質量的燃料可釋出較多能量D 以上皆不是進度評估進度評估 2 Q2下列哪項是燃煤或燃油發電較核能發電優勝的地方？A 運送燃料的問題較少進度評估 2 Q2下列哪項是燃煤A 聚變B 裂變進度評估進度評估 2 Q33.在大亞灣核電站的反應堆內發生哪種核反應？A 聚變進度評估 2 Q33.在大亞灣核電站的反應堆進度評估進度評估 2 Q4A 核電站使用的放射源濃度不夠高。B 核電站設有安全措施。C 兩者的核反應屬不同類型。4.為甚麼核電站發生意外時，不會不會像原子彈般引起強烈爆炸？進度評估 2 Q4A 核電站使用的放射源濃度不夠高。4文章文章:輻射洩漏輻射洩漏 xx/07/2015 交交習題與思考習題與思考 3.1文章:輻射洩漏 xx/07/2015 交習題與思考 3.完完完