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第3节 核能的开发与放射性防护
华师大版九年级下册
第六章 能源与社会
1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投到日本广岛和长崎，原子弹爆炸时释放的巨大能量使这两座城市在瞬间化为废墟。
小男孩
胖子
一、核能和核能的释放
原子核在转变过程中所释放的能，叫做原子核能，简称核能。核能过去也称原子能。例如，放射性元素镭的原子核分裂时释放出能。这种能就是核能，它使含镭元素的盐发热。因此镭盐样品的温度始终比周围温度高。
核能是从原子核内部释放出来的，它比化学反应中所释放出的化学能要大得多。比如，我们若能把1g氮核全部转变成氧核时，所释放出来的核能，就相当于燃烧4t煤所释放的化学能。
但是一个原子的原子核不会轻易改变，它的能也不会随便释放。那么又如何使原子核释放出其内部的核能呢？
核能的释放有两条途径：重核的裂变和轻核的聚变。
重核的裂变
由质量较大的原子核，分裂成两个中等质量的原子核，同时释放出巨大的能量。人们把这个现象叫做重核的裂变。1938年德国科学家哈恩等人用中子轰击铀核时，发现了重核的裂变，获得了核能。
约里奥—居里等科学家很快又在实验中证明，每次铀核裂变还会放射出2～3个中子来。如果其中2个中子又击中另外2个铀核，它们分裂后又会放出4～6个中子来。这样，由中子引起的裂变铀核由2变4，4变8 ……越来越多，释放出的能量也就越来越大，这种链锁式的铀核裂变反应称为链式反应。
中子
中子
铀-235
能量
氪- 92
钡- 141
重核的裂变
如果原子核裂变的链式反应不加限制，形成雪崩式的裂变反应，在短时间内放出巨大的能量，就会发生猛烈的爆炸。原子弹（核武器）就是应用这一原理制造的。
如何控制链式反应的速度？主要是对中子的数量及能量加以控制，使原子核的裂变反应连续而缓慢地进行，核能有控制地平稳释放，这样核能就可以得到和平利用。
可控制地进行核反应的装置称为核反应堆。核电站就是利用核反应堆提供的能量发电的。这是目前和平利用原子核能的主要途径。
我国第一颗原子弹
广东台山核电站
爱因斯坦
伟大的物理学家爱因斯坦从小对数学与一些小机器特别有兴趣。强烈的好奇心，唤起了他探索自然奥秘的极大兴趣。他在1905年发表的五篇科学论文，几乎涉及了20世纪理论物理发展的主要领域，有人说这五篇论文都有资格获得诺贝尔奖。
爱因斯坦在科学上的主要贡献是在相对论与量子论这两个方面。爱因斯坦在诸多领域做出了里程碑式的贡献；作为一个思想家，他留下了许多启迪人们思想的精神财富；作为一个争取自由与和平的战士，他对邪恶势力展开了不懈的斗争。他是在许多方面都值得我们学习的一位伟人。
科 学 家 小 传
爱 因 斯 坦
二、核电站
核电站的核心是核反应堆。核反应堆的主要材料是核燃料、慢化剂和冷却剂。目前世界上的核电站大多数用低浓度铀或天然铀作为核燃料。
核裂变反应时产生的能量由循环流动的水流导出。为了保证核反应堆的放射性不会被水流带出，核反应堆中安装了两个循环水回路。
第一回路是不锈钢管组成的管道，管道通过反应堆的中心。管道里充满水，依靠泵的动力使水在管道里循环流动，把核反应放出的能量带出。第二个回路通过热交换器，获取第一个回路的能量，使第二回路中的水转化成蒸汽，推动汽轮机运转，把内能转化成机械能。汽轮机再带动发电机发电，把机械能转化成电能。
核能→内能→机械能→电能
核电站中的反应堆
秦山核电站
小 资 料
秦山核电站
核电站的优越性
阅 读
日本福岛核电站事故及核电站的安全性
小 资 料
轻核的聚变
重核裂变发现以后，人们很快就发现质量较轻的原子核结合成质量较重的原子核时，也能释放能量，这种现象叫做轻核的聚变。轻核的聚变会放出更大的核能。
例如一个氘核（有1个质子与1个中子的氢核）和一个氚核（有1个质子与2个中子的氢核）都是带正电的，相互靠近时要相互排斥。但把它们加热到很高温度，可以使它们聚合为氦核，这种聚变现象只能在高温高压条件下发生，所以就称为热核反应。这种聚变反应放出的能量比铀核裂变放出的能量还要大几十倍。
氢弹是比原子弹爆炸力更强的核武器，它就是利用轻核聚变原理制成的。
中子
重氢氘核
轻核融合
重氢氚核
形成氦核
释放能量
被排斥的中子
轻核的聚变
到目前为止，人们还未找到实用的控制核聚变反应的方法。所以还不能做到和平利用核聚变的能量。
自然界中的太阳及许多恒星内部正进行着规模巨大的热核反应，正是热核反应为太阳提供了巨大的能量，让我们地球上的人类享用着聚变反应所释放的能量。
我国的原子弹和氢弹
1960年中国科学院建立了原子能研究所，党中央调集了我国钱三强、朱光亚、陈能宽、程开甲、王淦昌、邓稼先、周光召与王承书等一大批优秀科学家进行研究。
1964年10月16日，我国第一颗原子弹试验爆炸成功。
第一颗原子弹试爆成功后，我国科学家与工程技术人员又马不停蹄地继续进行氢弹的研制工作。1967年6月17日，我国又成功试爆了第一颗氢弹。从第一颗原子弹到第一颗氢弹，两次爆炸仅隔两年零8个月时间。而美国用了7年，苏联用了4年，英国用了5年，法国则用了8年。氢弹爆炸的成功，说明我国核技术水平已经位居世界前列。
1996年7月29日，我国政府郑重宣布，从1996年7月30日起中国开始暂停核试验。同时向世界各国，特别是有核武器国家呼吁实现无核武器的世界，确保各国共享和平、安全、稳定与繁荣。
科学 技术 社会 环境
三、放射性和放射性元素
放射性元素镭的原子核分裂时放出放射线。
科学研究发现，铀（U）、钋（Po）、镭（Ra）等元素能够自发地放出放射线，科学家把元素的这一特性叫做放射性，其中镭的放射性最强。能够自发地放射穿透力很强射线的元素叫做放射性元素。
除了铀、钋、镭这些元素以外，有些建筑材料，如花岗石、大理石等天然石材也有放射性，用它建造房屋，对居住在里面的人会有危害；患有某些癌症的病人，可以利用某种放射线，把癌细胞杀死。
放射性标志
天然大理石材
铀-235
居里夫人和镭元素
放射线
放射性元素在衰变或裂变时会放出能量很高的粒子流，这些粒子流称为放射线。如会释放出
带正电的α射线：高能氦核流；
带负电的β射线：高能电子流；
电中性的 射线：高能电磁波。
这些射线都能贯穿物体，其中
贯穿物体本领最强的是γ射线，
其次为β射线，最弱的是α射线。
另外，原子核在裂变时会放出速度很大的中子流和原子核碎片流。在日本福岛核电站事故中经常提到的131I（碘—131），就是原子核碎片。
四、放射性的应用与防护
放射性元素的放射线在工农业生产及医疗卫生等各个方面有着广泛的应用。
在工业上，利用放射线的穿透物体的本领，
来检测控制钢板或纸张的厚度，也可以检查金属
内部的砂眼及裂缝。
在农业上，通过放射线照射种子，使种子
发生变异，培育出优良品种，使农业增产。
在医疗卫生上，利用射线可以检查和治疗恶性肿瘤。
这是因为放射线有很高的能量，可以使生物细胞内的水分子、
DNA分子分解，使癌细胞不再分裂、繁殖，从而起到抑制、
消除肿瘤病灶的作用。
长期过量的放射线照射对人体是有害的。
在需要利用放射线的地方，如医院、实验室，必须用铅玻璃、铅板等把放射性物质与人体隔开。
严格管理放射源，不允许非专业人员接触放射源。
防止放射性物质泄漏，以避免污染环境。
除了核电、医用核设施外，燃煤、大理石、夜光珠等也都具有放射性，因此处避免与它们直接接触外，应尽量少食用经煤炭直接烘烤的食物，注意室内通风排气。
放射性元素与考古
对于含铀的岩石，可以根据这种岩石含铀和铅的比例来推算岩石的年代。
对于古生物化石常利用放射性元素碳 -14的含量来测定其年代。
岩石形成时的放射性元素含量
一段时间以后，放射性元素减少了一半，这段时间称为半衰期
又经过一个半衰期，剩余的放射性元素为最初时的四分之一
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