核裂变及核聚变课件

3.1 核裂變及核聚變3.1 核裂變及核聚變太陽的壽命燃燒1kg煤所釋放的能量大約是24MJ。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1kg煤所釋放的能量大約是24MJ。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+nBa+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1000C

的高温下發生。重量為1g

的鈾-235裂變時會釋放約7.21010J的能量。

龐大的能量燃燒1kg煤所釋放的能量大約是24MJ。1g

的鈾-235=kg煤3000裂變的反應要在大約1000C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+nBa+Kr+n+n+能量23592101445690361010

U+nXe+Sr+n+n+n+能量2359210143549038101010鈾-23523511449011 U+n2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，核裂變便會連續不斷地迅速發生。

連鎖反應模擬程式U-235(0.7%濃缩至to3-5%)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1(a)求x和y。考慮原子序數︰94+0=42+x+y0

x=52

考慮質量數︰239+1=104+134+y1

y=2

鈽-239可發生以下核裂變反應：

Pu+nMo+Te+yn239941010442134x10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+nMo+Te+yn239941010442134x10(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

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+HHe+n+能量21314210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 1g

燃料釋放3.41011J

能量 比核裂變(7.21010J)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+HC+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+HC+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1–Q2

M NA 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–Q2 M N一個鈾原子核發生核裂變。M進度評估1–Q3–4核_________發生時，氫原子核結合形成（較重／較輕）的原子核。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–Q3–4核_________發生時，氫進度評估1–Q5x=_______y=_______這是一個核（裂變／聚變）的例子。44He+HeBe+能量42x28y進度評估1–Q5x=_______這是一個核（裂4核能a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3大亞灣核電站有兩個反應堆，每個反應堆的功率均為900MW(1MW=106W)。(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

900106

3600

=6.481012J

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

==1.951013J

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

(2011)福島第一核電廠事故(2011)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︰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核武a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。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:Thefirstatomicbomb(1945)video:Thefirstatomicbomb(1Thebombreachesgroundafter43s.

炸彈43s後到達地面。Afirewallof300mhighissetup.Temperaturereaches4000oC.Allpeopleimmediatelyvaporizeorturnintocarbon.

形成高300米的火墻。溫度達4000oC，所有的人立即蒸發，或變成碳。Infra-redradiationandgammaraysarealsoemitted.

此外，亦發出紅外輻射和伽瑪射線。Shockwavesoccurafewsecondlater.

激波會於數秒後產生。video:Thefirstatomicbomb(1945)Thebombreachesgroundafterb氫彈及中子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？AA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:輻射洩漏

xx/07/2015交習題與思考3.1文章:輻射洩漏xx/07/2015交習題與思考3.完完3.1 核裂變及核聚變3.1 核裂變及核聚變太陽的壽命燃燒1kg煤所釋放的能量大約是24MJ。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1kg煤所釋放的能量大約是24MJ。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+nBa+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1000C

的高温下發生。重量為1g

的鈾-235裂變時會釋放約7.21010J的能量。

龐大的能量燃燒1kg煤所釋放的能量大約是24MJ。1g

的鈾-235=kg煤3000裂變的反應要在大約1000C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+nBa+Kr+n+n+能量23592101445690361010

U+nXe+Sr+n+n+n+能量2359210143549038101010鈾-23523511449011 U+n2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，核裂變便會連續不斷地迅速發生。

連鎖反應模擬程式U-235(0.7%濃缩至to3-5%)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1(a)求x和y。考慮原子序數︰94+0=42+x+y0

x=52

考慮質量數︰239+1=104+134+y1

y=2

鈽-239可發生以下核裂變反應：

Pu+nMo+Te+yn239941010442134x10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+nMo+Te+yn239941010442134x10(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

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+HHe+n+能量21314210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 1g

燃料釋放3.41011J

能量 比核裂變(7.21010J)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+HC+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+HC+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1–Q2

M NA 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–Q2 M N一個鈾原子核發生核裂變。M進度評估1–Q3–4核_________發生時，氫原子核結合形成（較重／較輕）的原子核。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–Q3–4核_________發生時，氫進度評估1–Q5x=_______y=_______這是一個核（裂變／聚變）的例子。44He+HeBe+能量42x28y進度評估1–Q5x=_______這是一個核（裂4核能a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3大亞灣核電站有兩個反應堆，每個反應堆的功率均為900MW(1MW=106W)。(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

900106

3600

=6.481012J

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

==1.951013J

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

(2011)福島第一核電廠事故(2011)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︰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核武a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。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:Thefirstatomicbomb(1945)video:Thefirsta