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核化学概念、应用及安全核化学概念、应用及安全Basicnuclearchemistry，applications&safety梁继东梁继东电话：电话：82663933E-mail: 19641964年年1010月月1616日日1515时时,中国在本国西部中国在本国西部地区爆炸了一颗原子弹地区爆炸了一颗原子弹.蘑菇云蘑菇云1核化学的基本概念核化学的基本概念核化学（核化学（nuclearChemistry）：研究原）：研究原子核（稳定性和放射性）反应、性质、子核（稳定性和放射性）反应、性质、结构、分离、鉴定及其应用的一门学科。结构、分离、鉴定及其应用的一门学科。核子（核子（nucleon）：指组成原子核的基本）：指组成原子核的基本粒子，如质子和中子都是核子。粒子，如质子和中子都是核子。核素（核素（核素（核素（nuclidenuclide）：具有确定电荷数（质子数，）：具有确定电荷数（质子数，）：具有确定电荷数（质子数，）：具有确定电荷数（质子数，即原子序数）即原子序数）即原子序数）即原子序数）Z Z和中子数和中子数和中子数和中子数N N的原子核所对应的原的原子核所对应的原的原子核所对应的原的原子核所对应的原子。子。子。子。例如天然存在的铀元素由三种核素组成，他们例如天然存在的铀元素由三种核素组成，他们例如天然存在的铀元素由三种核素组成，他们例如天然存在的铀元素由三种核素组成，他们的的的的Z Z都是都是都是都是9292，而中子数，而中子数，而中子数，而中子数N N分别为分别为分别为分别为234234，235235和和和和238238，他们互称同位素，化学性质相同而核性质不，他们互称同位素，化学性质相同而核性质不，他们互称同位素，化学性质相同而核性质不，他们互称同位素，化学性质相同而核性质不同。同。同。同。放射性（放射性（放射性（放射性（radioactivityradioactivity）：不稳定原子核自发）：不稳定原子核自发）：不稳定原子核自发）：不稳定原子核自发放射出放射出放射出放射出、和和和和 射线的现象。射线的现象。射线的现象。射线的现象。放射性衰变（放射性衰变（放射性衰变（放射性衰变（radioactivedecayradioactivedecay）：指由原来）：指由原来）：指由原来）：指由原来的核素（母体）或者变为另一种核素（子体）的核素（母体）或者变为另一种核素（子体）的核素（母体）或者变为另一种核素（子体）的核素（母体）或者变为另一种核素（子体），或者进入另一种能量状态的过程。，或者进入另一种能量状态的过程。，或者进入另一种能量状态的过程。，或者进入另一种能量状态的过程。根据发射出射线的性质可将最常见的衰变方根据发射出射线的性质可将最常见的衰变方根据发射出射线的性质可将最常见的衰变方根据发射出射线的性质可将最常见的衰变方式分为式分为式分为式分为 衰变、衰变、衰变、衰变、衰变、衰变、衰变、衰变、衰变，分别放射出衰变，分别放射出衰变，分别放射出衰变，分别放射出 射线、射线、射线、射线、射线、射线、射线、射线、射线。射线。射线。射线。放射系（放射系（放射系（放射系（radioactiveseriesradioactiveseries）：自然界存在的）：自然界存在的）：自然界存在的）：自然界存在的放射性核素大多具有多代母子体衰变过程。放射性核素大多具有多代母子体衰变过程。放射性核素大多具有多代母子体衰变过程。放射性核素大多具有多代母子体衰变过程。它们经过多代子体放射性核素最后衰变生成它们经过多代子体放射性核素最后衰变生成它们经过多代子体放射性核素最后衰变生成它们经过多代子体放射性核素最后衰变生成稳定核素，这一过程中发生的一系列核反应，稳定核素，这一过程中发生的一系列核反应，稳定核素，这一过程中发生的一系列核反应，稳定核素，这一过程中发生的一系列核反应，被称之为放射系。被称之为放射系。被称之为放射系。被称之为放射系。核化学方程式核化学方程式用于表示核变化过程的方程式，只是不用于表示核变化过程的方程式，只是不用表明核素的状态。书写时要特别遵守用表明核素的状态。书写时要特别遵守两条规则：两条规则：方程式两端的质量数之和方程式两端的质量数之和相等；相等；方程式两端的原子序数之和相方程式两端的原子序数之和相等；例如：等；例如：放射性活度（放射性活度（activity）通过实验观察得到的放射性物质的衰变通过实验观察得到的放射性物质的衰变速度。速度。核力（核力（nuclearforce）：核子之间特有）：核子之间特有的相互作用力，强度大，力程短，作用的相互作用力，强度大，力程短，作用范围在范围在2fm。质量亏损（质量亏损（massdefect）：原子核的质）：原子核的质量小于它所含有的各核子独立存在时的量小于它所含有的各核子独立存在时的总质量，这两者的差额称为质量亏损，总质量，这两者的差额称为质量亏损，用用m表示，说明当核子集合成原子核表示，说明当核子集合成原子核时要放射出结合能。它的数值越大原子时要放射出结合能。它的数值越大原子核就越稳定。核就越稳定。核的结合能（核的结合能（核的结合能（核的结合能（nuclearbindingenergynuclearbindingenergy）：由）：由）：由）：由核子结合成原子核时质量减少了核子结合成原子核时质量减少了核子结合成原子核时质量减少了核子结合成原子核时质量减少了mm，根据爱，根据爱，根据爱，根据爱因斯坦的质能关系式（因斯坦的质能关系式（因斯坦的质能关系式（因斯坦的质能关系式（EE=mc=mc2 2）,其能量应该其能量应该其能量应该其能量应该相应地减少，减少的能量即核的结合能，符相应地减少，减少的能量即核的结合能，符相应地减少，减少的能量即核的结合能，符相应地减少，减少的能量即核的结合能，符号用号用号用号用EB.EB.例如，例如，例如，例如，2H2H核的结合能为：核的结合能为：核的结合能为：核的结合能为：EBEB（2H2H）=mc=mc2 2=931.5MeVu=931.5MeVu-1-10.00238930.0023893u2.2256u2.2256MeVMeV核裂变核裂变核裂变核裂变(nuclearfission):(nuclearfission):指大核分裂成为小核的指大核分裂成为小核的指大核分裂成为小核的指大核分裂成为小核的过程。普通的核武器和核电站都依赖于裂变过过程。普通的核武器和核电站都依赖于裂变过过程。普通的核武器和核电站都依赖于裂变过过程。普通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。程产生的能量。程产生的能量。程产生的能量。核反应堆核反应堆核反应堆核反应堆(nuclearreactor)(nuclearreactor)：指通过受控核裂变：指通过受控核裂变：指通过受控核裂变：指通过受控核裂变反应获得核能的一种装置。使裂变链反应持续反应获得核能的一种装置。使裂变链反应持续反应获得核能的一种装置。使裂变链反应持续反应获得核能的一种装置。使裂变链反应持续和可控进行的关键在于控制中子的数目，使裂和可控进行的关键在于控制中子的数目，使裂和可控进行的关键在于控制中子的数目，使裂和可控进行的关键在于控制中子的数目，使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数，变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数，变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数，变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数，便形成所谓的自持链反应。便形成所谓的自持链反应。便形成所谓的自持链反应。便形成所谓的自持链反应。核聚变（核聚变（nuclearfusion）:有两个或多有两个或多个轻核聚合形成较重核的过程。轻核聚个轻核聚合形成较重核的过程。轻核聚变时释放的能量比重核裂变释放的能量变时释放的能量比重核裂变释放的能量大得多。大得多。热核反应（热核反应（thermonuclearreaction）：）：在极高的温度下轻原子核聚变的过程。在极高的温度下轻原子核聚变的过程。当温度足够高时，聚变过程能够持续进当温度足够高时，聚变过程能够持续进行，并放出巨大能量。行，并放出巨大能量。如氚和氘实现自持热核反应需要如氚和氘实现自持热核反应需要5千万千万度以上的高温，而氘和氘则需几亿度。度以上的高温，而氘和氘则需几亿度。目前已实现的人工热核反应是氢弹的爆目前已实现的人工热核反应是氢弹的爆炸，可控的热核反应尚未实现。炸，可控的热核反应尚未实现。2核化学反应及应用核化学反应及应用2.1核衰变及应用核衰变及应用（1）核衰变）核衰变a.衰变、衰变、衰变、衰变、衰变衰变放射性同位素（放射性同位素（Radioisotopes）的原子）的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素，出射线，直至变成另一种稳定同位素，这就是所谓这就是所谓“核衰变核衰变”。放放 射射 性性 衰衰 变变(radioactive decay)是是一一种种过过程程,在在这这种种过过程程中中,原原来来的的核核素素(母母体体)或或者者变变为为另另一一种种核核素素(子子体体),或或者者进进入入另一种能量状态。另一种能量状态。衰变衰变衰变衰变衰变衰变核核电电荷荷数数减减少少2意意味味着着子子核核在在元元素素周周期期表表中中的的位位置置左左移移2格格,叫叫作作衰衰变变的位移定则。的位移定则。衰变的位移定则衰变的位移定则是，子核在元素周是，子核在元素周期表中的位置右移期表中的位置右移1格。格。放射性衰变放射性衰变+（高能电子波高能电子波）+（电子电子）表1 三种射线基本特征成分速度贯穿本领电离能力1/10光速很小很强接近光速很大很小电磁波光速最强最小辐辐射射会会使使细细胞胞的的生生长长-调调节节机机制制受受到到伤伤害害，以以白白血血细细胞过度生长为特征的白血病可能是由辐射造成的。胞过度生长为特征的白血病可能是由辐射造成的。b.b.放射性同位素原子数目放射性同位素原子数目放射性同位素原子数目放射性同位素原子数目放射性同位素原子数目的减少服从指数规律。随放射性同位素原子数目的减少服从指数规律。随放射性同位素原子数目的减少服从指数规律。随放射性同位素原子数目的减少服从指数规律。随着时间的增加，放射性原子的数目按几何级数减着时间的增加，放射性原子的数目按几何级数减着时间的增加，放射性原子的数目按几何级数减着时间的增加，放射性原子的数目按几何级数减少，用公式表示为：少，用公式表示为：少，用公式表示为：少，用公式表示为：NNN N0 0e e-t-tNN为经过时间为经过时间为经过时间为经过时间t t衰变后，剩下的放射性原子衰变后，剩下的放射性原子衰变后，剩下的放射性原子衰变后，剩下的放射性原子数数数数0 0为初始的放射性原子数为初始的放射性原子数为初始的放射性原子数为初始的放射性原子数为衰变常数，是与该种放射性同位素性质为衰变常数，是与该种放射性同位素性质为衰变常数，是与该种放射性同位素性质为衰变常数，是与该种放射性同位素性质有关的常数，有关的常数，有关的常数，有关的常数，=y(ty(t)e e-0.693t/-0.693t/，其中，其中，其中，其中 指半衰期。指半衰期。指半衰期。指半衰期。在在自自然然界界存存在在的的放放射射性性核核素素大大多多具具有有多多代代母母子子体体衰衰变变关关系系。母母体体放放射射性性核核素素经经多多代代子子体体放放射射性性核核素素最最后后衰衰变变生生成稳定核素。成稳定核素。放射系放射系(radioactiveseries)铀铀系系钍钍系系锕锕系系c.半衰期半衰期(half-life)放射性同位素衰变的快慢，通常用放射性同位素衰变的快慢，通常用“半衰期半衰期”来表示。来表示。所谓半衰期即一定数量放射性同位素原子数所谓半衰期即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时所需要的时间。目减少到其初始值一半时所需要的时间。半衰期是放射性同位素的特征常数，不同的半衰期是放射性同位素的特征常数，不同的放射性同位素有不同的半衰期，衰变的时候放射性同位素有不同的半衰期，衰变的时候放射出射线的种类和数量也不同。放射出射线的种类和数量也不同。表2 常用放射性同位素基本特征参数同位素符号半衰期射线能量（MeV）氢-33H12.3年0.018碳-1414C5720年0.156磷-3232P14.3天1.71硫-3535S87.1天0.167碘-131131I8.05天0.605放放射射性性核核素素的的半半衰衰期期短短至至10-6s,长长至至1015a。衰衰变变反反应应半半衰衰期期的的一一个个重重要要特特征征是是,它它不不受受外外界界条条件件(温温度度、压压力力等等)的影响，也不受化合状态的影响。的影响，也不受化合状态的影响。化学方法可以使有毒化学制剂分解为无毒物种化学方法可以使有毒化学制剂分解为无毒物种，但对放射性造成的毒性却无可奈何但对放射性造成的毒性却无可奈何!切切尔尔诺诺贝贝利利4 4号号反反应应堆堆爆爆炸炸灾灾难难后后的的几几年年内内，乌乌克克兰兰0 01414岁岁儿儿童童中中甲甲状状腺腺癌癌的发病人数。的发病人数。d.d.放射性活度及其单位放射性活度及其单位 放放射射性性活活度度(activity)是是通通过过实实验验观观察察得得到到的的放放射射性物质的衰变速率。性物质的衰变速率。SI单位单位:为为Bq(贝可贝可)，1Bq相当于每秒发生相当于每秒发生1次衰变。次衰变。旧单位旧单位：Ci(居里居里)，1Ci相当于每秒发生相当于每秒发生3.71010次衰次衰变变(1g镭镭-226的衰变速率的衰变速率)。1Ci=3.71010Bq比活度：比活度：指样品中某核素的放射性活度与样品总质量之指样品中某核素的放射性活度与样品总质量之比，单位为比，单位为Bqg-1或或mCig-1等。等。（2 2）放射性同位素的应用）放射性同位素的应用）放射性同位素的应用）放射性同位素的应用a.放射性碳放射性碳-14-14纪年纪年方方 法法：放射性碳放射性碳-14测定年代法测定年代法(radiocarbon-14dating)依依 据据：衰变反应半衰期与反应物的起始浓度无关衰变反应半衰期与反应物的起始浓度无关利利 比比：获得获得1960年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖假假 定定：大气中碳大气中碳-14与碳与碳-12的比值是恒定的的比值是恒定的碳碳-14以以5730a的的半衰期发生半衰期发生衰变衰变+Question 1 Question 1 2005年年，埃埃及及一一法法老老古古墓墓发发掘掘出出来来的的木木质质遗遗物物样样品品中中,放放射射性性碳碳-14的的比比活活度度为为432Bqg-1即即s-1(gC)-1,而而地地球球上上活活体体植植物物组组织织相相应应的的比比活活度度则则为为756Bqg-1，试计算该古墓建造的年代。试计算该古墓建造的年代。衰变反应是衰变反应是:根据一级反应的速率方程和半衰期公式根据一级反应的速率方程和半衰期公式:lnct()=-ktlnc0()，t1/2=0.693/k得得：k=0.693/t1/2=0.693/5730a=1.2110-4a-1t=ln756Bqg-1/432Bqg-1/(1.2110-4a-1)=4630a即该古墓大约是公元前即该古墓大约是公元前26252625年建造的年建造的。Solutionb.b.作为示踪原子作为示踪原子作为示踪原子作为示踪原子 一种元素的各种同位素都有相同的化学性质。一种元素的各种同位素都有相同的化学性质。一种元素的各种同位素都有相同的化学性质。一种元素的各种同位素都有相同的化学性质。这样，我们就可以用放射性同位素代替非放射这样，我们就可以用放射性同位素代替非放射这样，我们就可以用放射性同位素代替非放射这样，我们就可以用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物，这种化合物的性的同位素来制成各种化合物，这种化合物的性的同位素来制成各种化合物，这种化合物的性的同位素来制成各种化合物，这种化合物的原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，却带有却带有却带有却带有“放射性标记放射性标记放射性标记放射性标记”，用仪器可以探测出来，用仪器可以探测出来，用仪器可以探测出来，用仪器可以探测出来，这种原子叫做示踪原子。这种原子叫做示踪原子。这种原子叫做示踪原子。这种原子叫做示踪原子。例如：棉花对磷肥有效利用的示踪。例如：棉花对磷肥有效利用的示踪。例如：棉花对磷肥有效利用的示踪。例如：棉花对磷肥有效利用的示踪。核素示踪技术植物生长最植物生长最需要什么需要什么？植物怎样植物怎样吸收养分吸收养分？施肥施在施肥施在什么部位什么部位？肥料被肥料被吸收了多少吸收了多少？放射性元素放射性元素标记标记研究研究过程过程增加增加产量产量改进改进技术技术c.c.辐射加工辐射加工辐射加工辐射加工 射线束作为一种高能的微观粒子流，既是能量的载射线束作为一种高能的微观粒子流，既是能量的载射线束作为一种高能的微观粒子流，既是能量的载射线束作为一种高能的微观粒子流，既是能量的载体，又是物质的载体。当它们与材料相互作用时，体，又是物质的载体。当它们与材料相互作用时，体，又是物质的载体。当它们与材料相互作用时，体，又是物质的载体。当它们与材料相互作用时，会产生各种物理学上的和化学上的效应，从而引起会产生各种物理学上的和化学上的效应，从而引起会产生各种物理学上的和化学上的效应，从而引起会产生各种物理学上的和化学上的效应，从而引起材料在成分、结构和性能上的一系列变化，在原来材料在成分、结构和性能上的一系列变化，在原来材料在成分、结构和性能上的一系列变化，在原来材料在成分、结构和性能上的一系列变化，在原来的材料的基础上制备出成分、结构和性能上不同于的材料的基础上制备出成分、结构和性能上不同于的材料的基础上制备出成分、结构和性能上不同于的材料的基础上制备出成分、结构和性能上不同于原来材料的新型材料。原来材料的新型材料。原来材料的新型材料。原来材料的新型材料。辐射加工举例辐射辐射交联交联、固化固化、接枝接枝、裂解裂解高分子量高分子量100000橡胶硫化橡胶硫化木材纸浆生产粘胶丝木材纸浆生产粘胶丝海洋产多糖类海洋产多糖类茶茶花卉花卉水稻水稻胡萝卜胡萝卜辐射分解辐射分解肥料肥料D 辐射育种“原丰早原丰早”水稻水稻全世界全世界2020世纪世纪5050年代年代辐射育种占新品种辐射育种占新品种 9 9现在现在5050“鲁棉一号鲁棉一号”棉花棉花“太幅一号太幅一号”小麦小麦我国已培育我国已培育513513个新品种个新品种，占世界，占世界1/41/4每年增产粮、棉、油每年增产粮、棉、油 30304040亿公斤亿公斤，社会经济效益社会经济效益 6060亿元亿元棉花育种棉花育种e.昆虫辐射不育昆虫辐射不育 病虫害令全世界粮食病虫害令全世界粮食每年减产每年减产3535404019921992年，我国棉铃虫灾年，我国棉铃虫灾害严重，害严重，50005000万亩万亩棉田棉田受灾，减产受灾，减产4040，损失，损失10001000亿元亿元耗费耗费250250亿美元亿美元农药农药环境污染环境污染昆虫受到电离辐射照射可使昆虫丧失生昆虫受到电离辐射照射可使昆虫丧失生殖能力，从而降低害虫的数量，进一步殖能力，从而降低害虫的数量，进一步达到防治甚至根除害虫的目的。达到防治甚至根除害虫的目的。国外使用该技术在大面积根除地中海果国外使用该技术在大面积根除地中海果蝇以及抑制非洲彩蝇方面取得了重大成蝇以及抑制非洲彩蝇方面取得了重大成果。我国用此法对玉米螟、小菜蛾、柑果。我国用此法对玉米螟、小菜蛾、柑桔大实蝇等害虫的辐射不育研究，也取桔大实蝇等害虫的辐射不育研究，也取得了较好的防治效果。得了较好的防治效果。f.食品辐照保鲜42个国家批准个国家批准200多种多种，30万吨万吨/年年核桃核桃消毒消毒灭菌灭菌常温常温保鲜保鲜功耗低功耗低无污染无污染板栗板栗大蒜大蒜红枣红枣辐照辐照g.同位素电池同位素电池放射性同位素在进行核衰变时释放的能量，放射性同位素在进行核衰变时释放的能量，可以用作制造特种电源可以用作制造特种电源同位素电池。同位素电池。这种电池是目前人类进行深空探索唯一可这种电池是目前人类进行深空探索唯一可用的能源。用的能源。空间同位素电池（如钚空间同位素电池（如钚-238电池）的特点电池）的特点是：不需对太阳定向，小巧紧凑，使用寿是：不需对太阳定向，小巧紧凑，使用寿命长。命长。放射性示踪剂以某种化合物的形式给药放射性示踪剂以某种化合物的形式给药.诊断是根据这些诊断是根据这些放射性化合物进入人体特定部位并在那些部位浓集的能力。放射性化合物进入人体特定部位并在那些部位浓集的能力。131I59Fe32P99Tc23Na8.1d45.1d14.3d6.0h14.8h甲状腺甲状腺红血细胞红血细胞眼眼,肝肝,瘤瘤心心脏脏,骨骨,肝肝,肺肺循环系统循环系统辐射源辐射源半衰期半衰期检查部位检查部位h.核医学诊断与癌症放射性治疗核医学诊断与癌症放射性治疗放射性药物99Mo99mTc131I125I192Ir153Sm美国美国99mTc 销售销售1996年年5.31亿美元亿美元2000年年7亿美元亿美元2020年年60亿美元亿美元全世界每年耗用放射性药物全世界每年耗用放射性药物131I甲状腺甲状腺BNCT治疗肿瘤治疗肿瘤射线疗法射线疗法射射线线疗疗法法(radiation therapy)是是指指用用高高能能射射线线治治疗疗疾疾病病的的方方法法，它它是人类战胜癌症的一种重要武器。是人类战胜癌症的一种重要武器。32P60Co90Sr125I131I14.3d5.26a28.8a60.25d8.06d137Cs192Ir198Au222Ra226Rn30a74.2d2.7d3.82d1622a辐射源辐射源半衰期半衰期辐射源辐射源半衰期半衰期医疗设备加速器、钴源、加速器、钴源、PET、CT、NMR发达国家每发达国家每100万人万人拥有拥有12台台医用电子直线加速器医用电子直线加速器全世界全世界1万台，美国万台，美国900台，年产值台，年产值180亿美元亿美元我国我国400万万癌症患者，不到癌症患者，不到100台台“刀刀”精度精度 0.1mm0.1mm2.2核裂变与核聚变核裂变与核聚变(1)原子核的结合能原子核的结合能Average binding energy of nuclide(2)核裂变核裂变Nuclear fission(3)核聚变核聚变Nuclear fusion在原子核中，中子不带电，质子带正电，同性要相斥，在原子核中，中子不带电，质子带正电，同性要相斥，把中子和质子紧箍在一个非常小的空间存在着一股巨把中子和质子紧箍在一个非常小的空间存在着一股巨大的力，科学家称为核力（比电磁力大大的力，科学家称为核力（比电磁力大130倍）。它只倍）。它只在原子核直径（在原子核直径（10-13cm）的很小范围内起作用。）的很小范围内起作用。当质子和中子重新组成新原子核时，核力的强大作用当质子和中子重新组成新原子核时，核力的强大作用使核子间排列的更加紧密，会出现质量减少和放出能使核子间排列的更加紧密，会出现质量减少和放出能量的情况，这种放出的能量被称为原子核结合能。量的情况，这种放出的能量被称为原子核结合能。（1）原子核结合能）原子核结合能核素的平均结合能核素的平均结合能核核子子之之间间靠靠核核力力(nuclear force)结结合合成成原原子子核核，核核力力是核子之间的短程强吸引力，作用范围为是核子之间的短程强吸引力，作用范围为2fm(10-15m)。质量亏损质量亏损(massdefect)用用m表示表示E=mc2减减少少的的能能量量即即核核的的结结合合能能(nuclear binding energy),符符 号号 用用EB例如例如,2H核的结合能为核的结合能为:EB(2H)=mc2=931.5MeVu-10.0023893u2.2256MeV=0.0023893u减少的质量减少的质量Question 2Question 2计算反应计算反应+的放射能。的放射能。原子量原子量：=58.9332，=2.01410，=59.9529，=1.00783。平平均均结结合合能能(average binding energy)指指核核子子结结合合为为原原子子核核时时每每个个核核子子平平均均释释放放的的能能量量(结结合合能能除除以以质质量量数数）。例如例如2H核的值为核的值为1.1128MeV。Solutionm=59.9529+1.0078358.93322.01410=0.01343(gmol-1)E=mc2=1.34310-5kgmol-1(3.00108ms-1)2=1.21109kJmol-1(2)核裂变核裂变核核裂裂变变(nuclear fission)是是大大核核分分裂裂为为小小核核的的过过程程.普普通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。铀铀-235的裂变与核武器的裂变与核武器发生链反应发生链反应爆爆炸炸35种种元元素素的的200多种多种位素位素同同23 足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量(critical mass)。铀铀-235的临界质量约为的临界质量约为 1kg，质量质量超过超过1kg则发生爆炸。则发生爆炸。任何有核反应堆的国家都不难得到爆炸级的裂变材料，原子弹的基本设计又如此简单，从而为防止核武器扩散带来了困难。核反应堆核反应堆通通过过受受控控核核裂裂变变反反应应获获得得核核能能的的装装置置，可可使使裂裂变变产产生生的的中中子子数数等等于于各各种种过过程程消消耗耗的的中中子子数数,以以形形成成所所谓谓的的自自持持链反应链反应(self-sustaining chain reaction)。（3）核聚变核聚变核聚变核聚变(nuclear fusion)由两个或多个轻核聚合形成较由两个或多个轻核聚合形成较重核的过程。重核的过程。热核武器热核武器以聚变反应为基础的核武器以聚变反应为基础的核武器 氢氢弹弹就就是是利利用用装装在在其其内内部部的的一一个个小小型型铀铀原原子子弹弹爆爆炸炸产生的高温引爆的。产生的高温引爆的。40000000核裂变能：核裂变能：将某个重核分裂，变成中等将某个重核分裂，变成中等将某个重核分裂，变成中等将某个重核分裂，变成中等质量核，中等质量核的结合能要比重核质量核，中等质量核的结合能要比重核质量核，中等质量核的结合能要比重核质量核，中等质量核的结合能要比重核大，因此这个重核的每个核子就要继续大，因此这个重核的每个核子就要继续大，因此这个重核的每个核子就要继续大，因此这个重核的每个核子就要继续发生质量亏损而放出能量。发生质量亏损而放出能量。发生质量亏损而放出能量。发生质量亏损而放出能量。聚变能：聚变能：几个轻核相互结合起来几个轻核相互结合起来变成中等质量核，同样该过程中变成中等质量核，同样该过程中的核子将继续发生一部分质量亏的核子将继续发生一部分质量亏损，变成能量放出。损，变成能量放出。由由于于重重核核裂裂变变为为较较轻轻核核和和轻轻核核聚聚变变为为较较重重核核的的过过程程都都是是放放能能反反应应,这这种种趋趋势势就就奠奠定定了了核核能能利利用用的基础的基础。这是美国对日本投掷的两颗原子弹这是美国对日本投掷的两颗原子弹疮疮满满目目痍痍全世界第一次知道了什么是原子弹！全世界第一次知道了什么是原子弹！前前苏苏联联于于1954建建成成世世界界上上第第一一座座核核电电站站；至至今今已已有有30多多个个 国国 家家和和地地 区区 的的400多多座座核核电电站站处处在在运运行行之之中中。右右图图列列出出1995年年一一些些国国家家核核电电占占各各自自总总电电力的百分率。力的百分率。第二次世界大战结束后，科学家迅速将原子能的利用转向第二次世界大战结束后，科学家迅速将原子能的利用转向和平用途。和平用途。全球核电现状及展望全球核电现状及展望-IAEAIAEA报告（报告（20072007）全世界运行中的核电机组有全世界运行中的核电机组有全世界运行中的核电机组有全世界运行中的核电机组有435435435435台，另有台，另有台，另有台，另有29292929台正在建台正在建台正在建台正在建设之中。美国运行中的核电机组最多，达到设之中。美国运行中的核电机组最多，达到设之中。美国运行中的核电机组最多，达到设之中。美国运行中的核电机组最多，达到103103103103台。法台。法台。法台。法国居次，有国居次，有国居次，有国居次，有59 59 59 59 台。日本紧随其后，有台。日本紧随其后，有台。日本紧随其后，有台。日本紧随其后，有55555555台，另外还有台，另外还有台，另外还有台，另外还有一台在建。俄罗斯运行中的核电机组为一台在建。俄罗斯运行中的核电机组为一台在建。俄罗斯运行中的核电机组为一台在建。俄罗斯运行中的核电机组为31313131台，另有七台，另有七台，另有七台，另有七台在建。台在建。台在建。台在建。在拥有核电的在拥有核电的在拥有核电的在拥有核电的30303030个国家中，核电所占比例差别很大：个国家中，核电所占比例差别很大：个国家中，核电所占比例差别很大：个国家中，核电所占比例差别很大：法国高达法国高达法国高达法国高达78%78%78%78%、比利时为、比利时为、比利时为、比利时为54%54%54%54%、韩国为、韩国为、韩国为、韩国为39%39%39%39%、瑞士为、瑞士为、瑞士为、瑞士为37%37%37%37%、日本为日本为日本为日本为30%30%30%30%、美国为、美国为、美国为、美国为19%19%19%19%、俄罗斯为、俄罗斯为、俄罗斯为、俄罗斯为16%16%16%16%、南非为、南非为、南非为、南非为4%4%4%4%和中和中和中和中国为国为国为国为2%2%2%2%。核电厂的发展目前集中在亚洲：核电厂的发展目前集中在亚洲：核电厂的发展目前集中在亚洲：核电厂的发展目前集中在亚洲：2006200620062006年底在建的年底在建的年底在建的年底在建的29292929台台台台核电机组中有核电机组中有核电机组中有核电机组中有15151515台在亚洲。最近并网的台在亚洲。最近并网的台在亚洲。最近并网的台在亚洲。最近并网的36363636台核电机组台核电机组台核电机组台核电机组中有中有中有中有26262626台在亚洲。台在亚洲。台在亚洲。台在亚洲。印度目前核电在其总电力中所占份额不到印度目前核电在其总电力中所占份额不到印度目前核电在其总电力中所占份额不到印度目前核电在其总电力中所占份额不到3%3%3%3%，但到，但到，但到，但到2006200620062006年底却占到世界核电建设的四分之一，即占世年底却占到世界核电建设的四分之一，即占世年底却占到世界核电建设的四分之一，即占世年底却占到世界核电建设的四分之一，即占世界在建的界在建的界在建的界在建的29292929座反应堆中的七座。印度的计划到座反应堆中的七座。印度的计划到座反应堆中的七座。印度的计划到座反应堆中的七座。印度的计划到2022202220222022年增长年增长年增长年增长8 8 8 8倍，在电力供应中所占比例达到倍，在电力供应中所占比例达到倍，在电力供应中所占比例达到倍，在电力供应中所占比例达到10%10%10%10%；到；到；到；到2052205220522052年增长年增长年增长年增长75757575倍，在电力供应中所占比例达到倍，在电力供应中所占比例达到倍，在电力供应中所占比例达到倍，在电力供应中所占比例达到26%26%26%26%。增长增长增长增长75757575倍意味着年平均增长倍意味着年平均增长倍意味着年平均增长倍意味着年平均增长9.4%9.4%9.4%9.4%，约与，约与，约与，约与1970197019701970年至年至年至年至2004200420042004年全球平均核增长率持平。年全球平均核增长率持平。年全球平均核增长率持平。年全球平均核增长率持平。日本有日本有日本有日本有55555555座运行中的反应堆和一座在建的反应堆，座运行中的反应堆和一座在建的反应堆，座运行中的反应堆和一座在建的反应堆，座运行中的反应堆和一座在建的反应堆，并计划在未来并计划在未来并计划在未来并计划在未来10101010年内将核电的电力份额从年内将核电的电力份额从年内将核电的电力份额从年内将核电的电力份额从2006 2006 2006 2006 年的年的年的年的30%30%30%30%提高到提高到提高到提高到40%40%40%40%以上。以上。以上。以上。韩国刚刚于去年将其第韩国刚刚于去年将其第韩国刚刚于去年将其第韩国刚刚于去年将其第20202020座反应堆并网，还有一座座反应堆并网，还有一座座反应堆并网，还有一座座反应堆并网，还有一座反应堆在建，另外两座反应堆也已破土动工建造。反应堆在建，另外两座反应堆也已破土动工建造。反应堆在建，另外两座反应堆也已破土动工建造。反应堆在建，另外两座反应堆也已破土动工建造。核电已经占其电力供应的核电已经占其电力供应的核电已经占其电力供应的核电已经占其电力供应的39%39%39%39%。世界核电发展的几个个阶段 19541954195419541960 1960 1960 1960 试验阶段试验阶段试验阶段试验阶段 19611961196119611969 1969 1969 1969 实用化阶段实用化阶段实用化阶段实用化阶段 1969196919691969上世纪上世纪上世纪上世纪70707070年代末：大发展阶段年代末：大发展阶段年代末：大发展阶段年代末：大发展阶段 上世纪上世纪上世纪上世纪80808080年代上世纪末：年代上世纪末：年代上世纪末：年代上世纪末：低潮阶段低潮阶段低潮阶段低潮阶段 1979197919791979年美国三哩岛（年美国三哩岛（年美国三哩岛（年美国三哩岛（TMITMITMITMI）事故事故事故事故 1986198619861986年年年年 前苏切尔诺贝利事故前苏切尔诺贝利事故前苏切尔诺贝利事故前苏切尔诺贝利事故 这个阶段，核能仍在持续增长，而且是各种能源中增长速度最这个阶段，核能仍在持续增长，而且是各种能源中增长速度最这个阶段，核能仍在持续增长，而且是各种能源中增长速度最这个阶段，核能仍在持续增长，而且是各种能源中增长速度最快的。同时在法国，日本，韩国，中国等国家，这个阶段仍坚持快的。同时在法国，日本，韩国，中国等国家，这个阶段仍坚持快的。同时在法国，日本，韩国，中国等国家，这个阶段仍坚持快的。同时在法国，日本，韩国，中国等国家，这个阶段仍坚持发展核电。发展核电。发展核电。发展核电。本世纪初：美国、德国等国家重新修正自己的核电方针，布什政本世纪初：美国、德国等国家重新修正自己的核电方针，布什政本世纪初：美国、德国等国家重新修正自己的核电方针，布什政本世纪初：美国、德国等国家重新修正自己的核电方针，布什政府提出了核电复苏计划，发展中国家也在积极准备筹建核电站，府提出了核电复苏计划，发展中国家也在积极准备筹建核电站，府提出了核电复苏计划，发展中国家也在积极准备筹建核电站，府提出了核电复苏计划，发展中国家也在积极准备筹建核电站，核能在本世纪必将大放异彩。核能在本世纪必将大放异彩。核能在本世纪必将大放异彩。核能在本世纪必将大放异彩。2011201120112011年年年年3 3 3 3月，日本月，日本月，日本月，日本9 9 9 9级强震引发的福岛核泄漏事故引发全球关注！级强震引发的福岛核泄漏事故引发全球关注！级强震引发的福岛核泄漏事故引发全球关注！级强震引发的福岛核泄漏事故引发全球关注！日本里氏日本里氏日本里氏日本里氏9 9级强震已造成该国两座核电站的级强震已造成该国两座核电站的级强震已造成该国两座核电站的级强震已造成该国两座核电站的6 6个机个机个机个机组出现故障，并从两座核电站附近转移组出现故障，并从两座核电站附近转移组出现故障，并从两座核电站附近转移组出现故障，并从两座核电站附近转移1717万人。万人。万人。万人。日本核电站究竟出现了什么故障日本核电站究竟出现了什么故障日本