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主题:核技术

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核技术主题

这个是国际公认的放射性符号。
国际原子能机构旗帜。

核技术是涉及原子核核反应的技术。 其中值得注意的核技术包括核反应堆核医学核武器。 除此之外,它还用于烟雾探测器英语Smoke detector和枪支瞄准具等等其他应用。

核能是利用释放核能产生热量的核反应,然后最常用于蒸汽轮机以在核电厂中发电。 作为核技术,核能可以从核裂变放射性衰变,和核聚变反应中获得。

目前,核电的绝大部分电力来自的核裂变。 核衰变过程用于小众应用,例如放射性同位素热电机(RTG)。 聚变能发电仍然是国际研究的焦点。 本文主要讨论用于核裂变发电。

2017年,民用核电供电量为2,488太瓦时(TWh),相当于全球总发电量的10%左右。 截至2018年4月,全世界有449个民用核裂变反应堆,总电力为394吉瓦(GW)。 截至2018年,58座核电站反应堆正在建设,154座反应堆计划建造,总装机容量分别为63 GW和157 GW。 截至2019年1月,共提议337个反应堆。 大多数正在建造的反应堆是亚洲的第三代反应堆

特色条目

235U 原子核的一种裂变过程,235U 原子核吸收一个中子,变成236U 原子核,然后236U 原子核裂变成二个快速运动的较小原子核,并释放三个中子,同时也会产生伽马射线(图中未绘出)
核裂变(英语:Nuclear fission),在港台称作核分裂,是指由较重的(原子序数较大的)原子,主要是指,分裂成较轻的(原子序数较小的)原子的一种核反应放射性衰变形式。核裂变是由莉泽·迈特纳奥托·哈恩奥托·罗伯特·弗里施等科学家在1938年发现。原子弹以及核电站的能量来源都是核裂变。早期原子弹应用钸-239为原料制成。而铀-235裂变在核电厂最常见。

重核原子经中子撞击后,分裂成为两个较轻的原子,同时释放出数个中子,并且以伽马射线的方式释放光子。释放出的中子再去撞击其它的重核原子,从而形成链式反应而自发分裂。原子核分裂时除放出中子还会放出热,核电厂用以发电的能量即来源于此。因此核裂变产物的结合能需大于反应物的的结合能。

核裂变会将化学元素变成另一种化学元素,因此核裂变也是核迁变的一种。所形成的二个原子质量会有些差异,以常见的可裂变物质同位素而言,形成二个原子的质量比约为3:2。大部份的核裂变会形成二个原子,偶尔会有形成三个原子的核裂变,称为三分裂变英语ternary fission,大约每一千次会出现二至四次,其中形成的最小产物大小介于质子原子核之间。

现代的核裂变多半是刻意产生,由中子撞击引发的人造核反应,偶尔会有自发性的,因放射性衰变产生的核裂变,后者不需要中子的引发,特别会出现在一些质量数非常高的同位素,其产物的组成有相当的机率性甚至混沌性,和质子发射α衰变集群衰变英语cluster decay等单纯由量子穿隧产生的裂变不同,后面这些裂变每次都会产生相同的产物。原子弹以及核电站的能量来源都是核裂变。核燃料是指一物质当中子撞击引发核裂变时也会释放中子,因此可以产生链式反应,使核裂变持续进行。在核电站中,其能量产生速率控制在一个较小的速率,而在原子弹中能量以非常快速不受控制的方式释放。

由于每次核分裂释放出的中子数量大于一个,因此若对链式反应不加以控制,同时发生的核分裂数目将在极短时间内以几何级数形式增长。若聚集在一起的重核原子足够多,将会瞬间释放大量的能量。原子弹便应用了核分裂的这种特性。制成原子弹所使用的重核含量,需要在90%以上。

核能发电应用中所使用的核燃料,铀-235的含量通常很低,大约在3%到5%,因此不会产生核爆。但核电厂仍需要对反应炉中的中子数量加以控制,以防止功率过高造成炉心熔毁的事故。通常会在反应炉的慢化剂中添加,并使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核分裂速度。从镉以后的所有元素都能分裂。

核分裂时,大部分的分裂中子均是一分裂就立即释出,称为瞬发中子,少部分则在之后(一至数十秒)才释出,称为延迟中子。


特色图片

Credit: Jens Maus (http://jens-maus.de/)

正电子发射计算机断层扫描(PET): 典型的最大强度投影(MIP) 18F-FDG全身影像撷取。一个79 kg女性静脉注射371活度18F-FDG(一小时前测量)。


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