核能源

在许多实验物理整个原子核的重量是非常重要的。原子是由原子核中的质子和中子的总数。这总称为质量数。然而,中子在许多并不重要化学应用程序。更重要的是许多化学家质子,电子绕原子核。出于这个原因,原子通常在化学质子的数量。这是的原子序数元素。

确定原子的原子序数的另一个原因是同位素的存在。每一个元素的原子可以有不同数量的中子的原子核,使不同的元素的同位素。同位素质量数是有区别的,但发现的元素是原子序数。

在原子结构的前几天,化学家和其他科学家开发了一个系统的原子质量识别不同元素的原子。对化学家来说,这就足以知道原子的各种比较重。第一个最轻的元素,氢,被分配的任意的重量。然后等量的其他元素对氢获得表测量的相对原子质量。

同位素的因为这些权重不是实际的单个原子的相对权重。在自然界中每个元素的各种同位素在一定数量成比例。他们只有在它们的质量不同的数字。元素的原子量的平均体重是元素的同位素的混合物。

氢是一个很好的例子。正常氢原子没有中子的天然丰度约为99.985%;大量的氢原子包含一个中子(原子的同位素氘)约为0.015%。同位素氚,包含两个中子,也很少考虑。权重的两个主要同位素原子质量单位是1.0078252和2.0141022,分别。这两个重量,考虑相对丰富,给平均原子量的氢,1.00797。

当一个原子的质子和中子在原子核在一个合适的比例,核并没有显示出变化的趋势和原子保留其化学性质。据说是稳定的。

元素比铅重或铋原子(原子序数82年和83年)放射性,因为原子核是不稳定的。较轻的元素如碳原子也可以由粒子不稳定与核轰炸。碳,例如,有两个稳定的同位素,每6个质子和6个或7个中子(₆C¹²和₆C¹³)。原子不稳定的碳14 (₆C¹⁴)可以轰炸产生的稳定的原子,在自然与宇宙射线或高性能的实验室设备。

但是,细胞核不能无限期持有第二个多余的中子。它获得一个更为正常的中子质子平衡驱逐一个电子。电子显然是来自一个中子,中子的变换一个质子。这改变碳14氮的同位素(₆C¹⁴就变成了₇N¹⁴)。新元素的原子序数从6到7。质量数(14)是相同的,因为一个中子的损失获得平衡的一个质子。

出现相反的变化如果轰炸驱动一个或两个中子从正常的碳原子,使碳与质量数11或10。剩下的中子可以容纳所有6个质子只有几分钟或秒。然而,细胞核不排出质子。自慰一个粒子称为正电子。这一个电子的质量,但一个正电荷。正电子似乎改变时创建一个质子一个中子。这种变化carbon-11和-10年变成硼同位素(₅B¹¹和₅B¹⁰)。

电子画与电子从原子到化学反应形成对其他原子的外缘。在重原子的电子排列的方式,将他们牢牢的原子。他们不能进入化学反应。电子排列的一系列围绕原子核的壳。电子在每个shell往往相互排斥,但是他们克服这种排斥部分形成双壳内。

最简单的例子就是氦原子。在两个质子和两个中子的原子核(₂他⁴它有一对电子。所有原子力量完全满意,使氦原子最强烈的任何性质。它不会形成两个atom分子,没有化学活动。所有重原子原子核周围有一双helium-related电子,和额外的电子这双外圆。其中一些可以搭配电子从原子到这个外壳有四双。这又满足所有原子力量,原子(霓虹灯)是惰性的。额外的贝壳有更复杂的安排。

电子结构和化学活性的研究揭示了光的分光镜和固体物质的晶体x射线。科学家利用x射线命名字母K开始的贝壳,为了避免混淆与其他系统的标签。由于化学性质产生从一个原子的外层电子,他们不同建立不同的贝壳。的元素周期表化学元素的使用大致对应的外壳。校长时期(水平行)x射线贝壳做的确切位置,与一个元素的原子有四双电子外壳。

熟悉的元素的物理和化学性质

电子的轨道旋转壳的图中圆圈所示。实际上他们的路径形成更为复杂的模式。的大部分知识原子的电子结构的研究已经获得的光和x射线原子。原子释放出能量以光的形式时,由高温兴奋。这个光由行明确的波长。这种独特的结合线称为元素的光谱线。它可以记录和测量。

仔细分析元素的线光谱始于大约1880。量子理论提出的马克斯·普朗克1900年,修改阿尔伯特·爱因斯坦在1905年。尼尔斯·玻尔成功地应用这一理论来解释氢原子光谱的氢原子的电子结构。

波尔选定研究氢原子,因为它最简单的原子结构和线状谱(古典)早些时候不能理解理论。作为单一电子围绕原子核旋转运动,它是吸引细胞核的静电力与指控。它也受到的离心力会把它远离原子核。当这两个力量平衡,最稳定的电子移动轨道。最稳定的状态被称为地面,或正常状态的原子。它代表最低的条件可能的原子的能量。假设,在这种状态下,电子可能旋转没有辐射能量。

波尔模型假设只有特定的氢原子的能级可以存在。如果从外部源原子吸收更多的能量,它就被认为是处于兴奋状态。一个激发态,基态相比,更不稳定,但拥有更多的能量。相反的行动也发生。当一个原子激发态落在基态,能量散失的形式辐射。只有特定的激发态,因为在这种能量交换。发射或吸收能量发生在特定的数量称为量子。量子是一种特定的能量。每一个能量交换必须包括至少一个量子的能量或一个量子的整数倍。如果可供交换的能量小于一个量子,没有交换可以发生。

这种能量交换的物理表示可以一个能级图所示。如果原子吸收能量,电子跳跃到一个更大的轨道,因为原子激发态。如果原子释放出能量,电子落入一个更稳定的轨道接近原子核。图可由代表各种能级与水平线(或状态)。附带的光线发射的电子在能级较低能级图表上显示相应的能级之间画一条线。当电子从外部到内部的轨道,原子发光。发射光的能量等于电子的能量损失的下降。光可能是紫外线、可见光或红外线。在可见范围内它表现为一系列的线。

波理论、量子力学修改波尔模型来解释这两个电子的粒子性和波动性的特点。这个理论解释了更完全的电子的运动和能量交流。

原子的原子核由质子和中子的具体数字。原子核的质量是略小于这些原子核的质量的总和。这种差异被称为质量缺陷和与一个等价的能量,称为结合能。这个关系,基于爱因斯坦的等效质量和能量的声明,E=mc²,在那里E=能量,米=质量,c=光速。这意味着能量可以转化为质量和质量可以转化为能量。原子质量单位(12)对应于一个叫做电子伏特能量单位的倍数。转换的计算通常表示在百万电子伏特(兆电子伏)。等效1 12 = 931伏。

质量缺陷或每个核子的结合能是不同的各种元素。它有光元素的最小值,如氘或重氢。氘质量小于其组分的质量大约一个质子和一个中子的兆电子伏。更重的元素,每核子质量缺陷首先增加到最大值,然后下降。因此如果一个重核,如铀- 235 (u - 235)分裂成较轻的元素组成的片段,片段的质量缺陷的总和发现比原来的u - 235核。不同的是在裂变过程中释放的能量。在融合过程中加入了两个光核形成一个较重的元素,也释放出大量的能量。最后的质量元素小于两个原核的质量。

一些技术和设备是用来探测和研究核粒子。最古老的方法涉及到跟踪由核粒子在大气中当宇宙射线与原子核发生碰撞。宇宙射线是粒子的流,以惊人的速度通常带正电,旅行。一个敏感的照相乳剂带到高潮在地球表面或由一个气球到上层大气。宇宙射线穿透乳液和乳液的核分裂。在他们通过粒子产生银颗粒沿着电离路径点。跟踪拍摄,通过显微镜观察。这种粒子的方法检测可以追溯到1800年代。云室和盖革计数器粒子探测器在1900年代早期开发的(看到辐射)。

后面的仪器专门为核跟踪记录是泡沫箱。它由一个容器中液体(通常是液态氢)在压力下加热温度高于沸点。这种液体过热。气泡室的有效性取决于一个过热液体不会煮当压力降低,除非泡沫形成的粒子存在。带电粒子被发送通过过热液体,使其沸腾,导致泡沫形成的粒子跟踪。泡沫跟踪拍摄和研究。

泡沫钱伯斯不再是现在广泛使用的粒子探测器和服务主要是作为教学工具。现代的、更复杂的探测器包括线室和漂移室。在这些设备中,网格线是用来检测电流的变化。这导致更准确的决定的粒子能量和位置。

粒子加速器,或者“原子附肢”,加速带电粒子,或在高真空离子,通过电场和磁场之间的相互作用。当粒子达到高速度,他们罢工或固定金属目标,在机器叫做对撞机,一束粒子运动方向相反的。加速器的主要目的是产生粒子碰撞。当这些发生在高速新粒子中,往往形成和发现新的现象。这有助于解释基本粒子及其相互作用的本质。

第一个回旋加速器,在1930年代早期开发的。在回旋加速器中,磁场引导带电粒子,如质子,在螺旋路径被电场加速。回旋加速器有限的加速度是几百兆电子伏。这是因为随着粒子速度接近光速,它们的相对质量增加,电场与粒子的同步。在同步回旋加速器,专门的回旋加速器,改变电场的频率同步粒子运动。这些机器可以加速粒子能量水平略低于一个gigaelectron volt (GeV;1 GeV = 1000伏)。

线性加速器是在1920年代,但第一个有用的日期从1940年代。直线加速器,设备称为射频振荡器产生一个快速交变电场在长,直金属管,称为共振腔。内腔是一系列的管道称为漂移管。之间的粒子通过管,他们收到脉冲电场的加速。一个质子的时候穿过整个腔,它已经获得了许多的能量gigaelectron伏特。然后针对的目标。最大的直线加速器是2英里(3.2公里)的机器称为线性(斯坦福直线加速器中心的缩写),在加州的斯坦福大学。约50 GeV加速电子。

同步加速器是另一种类型的加速器在1940年代开发的。开始操作的同步加速器,粒子是由直线加速器preaccelerated然后从外部注入。同步加速器进一步加速粒子和让他们在近圆形轨道通过增加磁场电场的频率增加。同步的操作可以比作一个人反复使用蝙蝠罢工一个球和一个字符串的一篇文章,围绕着这个职位。该字符串代表了粒子的磁场在近圆轨道运动。蝙蝠对应的电场。随着速度和粒子的能量增加,磁场和电场的频率也增加,类似于球的频率增加,因为它加速。

许多当代粒子加速器交变梯度同步加速器(AGS),在1950年代引入的。在不同磁场应用于粒子束交替在水平和垂直方向防止粒子漂移。这使光束焦点,从而克服遇到的一个严重的问题在前面的机器。一些强大的AGS设备的位置和能量水平是:

• 布鲁克海文国家实验室,纽约厄普顿,33 GeV
• Serpukhov高能物理研究所,莫斯科附近,俄罗斯,76 GeV
• 欧洲核研究组织,或欧洲核子研究中心,日内瓦附近,瑞士,450 GeV
• 费米国家加速器实验室,或费米实验室,芝加哥附近。1000 GeV

AGS设备费米实验室,Tevatron对撞机加速质子和反质子。其他对撞机加速电子和正电子或其他粒子的组合。世界上最强大的粒子加速器是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC),于2008年开始运营。最终将质子束加速到7000 GeV和重型束离子等导致更大的能量。

粒子构成原子核太小被显微镜。的影响,然而,可以通过测量加速器测试,取出大粒子和高能粒子,通过生产的新粒子,或通过测量辐射所导致的碰撞问题。这为物理学家提供了洞察核结构。

质子和中子都曾被认为是物质的最基本粒子。他们现在认为是由更小的组件被称为夸克。夸克、轻子和玻色子通常被认为是一些基本的粒子的物质。轻子是电子和类似的粒子,与夸克,不经历核相互作用。另一个类的粒子,称为玻色子,被认为是负责传递自然的力量,协调所有其他种类的粒子之间的相互作用。例如,胶子是玻色子,表现出强大的互动力量和夸克粒子结合在一起。相对论重离子对撞机(RHIC)布鲁克海文国家实验室,2000年开始操作,用于研究夸克和胶子。

这种分裂,或裂变反应是在1939年实现。的核心铀同位素(u - 235),在中子轰击时,分裂成两个较小的原子核。反应也产生新的中子和每个裂变释放了大约200伏的能量。一个例子的核裂变反应如下:

_92年U^235年+₀n¹→₃₆基米-雷克南^90年+₅₆英航^142年+中子

这个反应的意义是,如果一磅铀发生裂变,它会释放能量等于3000吨煤的燃烧或发布的9000吨TNT。后来实验证明钚和钍也可以进行核裂变。钚是一种元素由人为轰击铀- 238 (u - 238)与中子。

生产新的中子核裂变建议连锁反应的可能性。取一块纯u - 235和假设发生裂变为每个核裂变释放两个中子。进一步假设没有中子逃避,所有裂变中子撞击u - 235核原因。第一个裂变产生两个中子。这些中子引起裂变中子和四个生产。链的增长,在这种循环一百万中子产生。如果继续这个过程,一个天文数字的裂变发生在几分之一秒。相应的能量释放压力将创建一个足够大的打击系统分开。在1942年,它被实验证明,一个自我维持的连锁反应可能在u - 235和钚生产。

因为这些发现都是在第二次世界大战期间,这几乎是不可避免的,核能将首先用于破坏性的目的。盟军政府全力以赴生产武器,使用炸药能量提供的连锁反应。

在生产中有三个主要任务原子弹。首先,巨大的工厂建成可裂变的铀同位素分离同位素的u - 235 u - 238,哪个更丰富。第二,必须由中子轰击钚u - 238。这些材料的生产是一个非常缓慢的过程。好几个月连续生产是必要的生产原子弹所需的数量。

第三个任务是设计和施工的炸弹。在一个小炸弹中子会飞出的物质没有足够的核分裂维持链式反应。经过计算和实验,充分或”重要,“大小是决定和建设开始了。1945年7月16日,新墨西哥州阿拉莫戈多附近的一个测试炸弹爆炸。由爆炸释放的能量被证明是理论上预期一样伟大。1945年8月美国战机扔原子弹在日本广岛和长崎的城市。每个炸弹的爆炸威力的大约20000吨TNT。

在极高的温度下光元素的核融合形成较重的原子核。这种融合反应伴随着更大的质量转换成能量比发生裂变反应。聚变反应的一个例子:

₁H²+₁H³→₂他⁴+₀n¹

它是太阳和其他恒星的基本机制生成能量光和热。

两个光元素,如氘和氚(氢的同位素),可以混合形成一层周围的原子弹。原子弹爆炸时,高温达到集融合,或热核反应。这样的武器被称为热核炸弹,或者氢弹。热核爆炸释放数千倍的能量被原子弹释放。

核能的效用最大化,其释放必须精确控制。在原子弹爆炸,这是无法控制的,只有一小部分发生裂变的最大数量。增加数量的裂变,科学家使用核反应堆。这些设备控制的释放和和平利用核能。

所有的反应堆都需要一定的基本组件。第一个是燃料,这可能是铀或钚。在铀的形式可能是天然铀含0.7% u - 238 u - 235和99.3%。它可能是天然铀金属是富含可裂变u - 235。也可能是纯粹的u - 235已经几乎完全脱离了更丰富的同位素u - 238。

也用作铀燃料的化合物。这些包括氧化铀,铀酰硫酸和硝酸铀酰。根据反应堆的建设和目的,铀燃料制成许多不同的元素。固体形状的使用铀燃料棒,蛞蝓,气缸,平坦的盘子,弧形板和球。钚、铀钚分离混合物通过特殊的化学手段,有时用于纯金属的形式。

一个核反应堆的第二个重要部分是主持人。主持人是一个材料,减缓了速度快(高能)裂变产生的中子,他们更有可能发生裂变。快速中子减速通过一系列与主持人原子的原子核碰撞。能量损失碰撞吸收中子的原子核的主持人。主持人必须相对较轻的质量和不能吸收中子。主持人与光核是最有效的,因为这样的核的重量相对接近一个中子。在核反应堆中使用的版主,碳石墨的形式,光金属铍、重水(有一个氘原子核),和普通的水。

反应堆冷却剂的另一个重要组成部分。主冷却剂泵的液体或气体通过反应堆堆芯或吹,它包含燃料和慢化剂,移除热量释放主要由燃料。如果这个循环不维护,燃料组件的温度会高到足以融化燃料元素。

最常见的方法控制裂变是棒的插入和退出由吸收中子的材料,如镉。作为一个进入反应堆控制棒,越来越多的中子吸收,裂变反应是慢了下来。撤销,和越来越少的中子吸收表面暴露,反应速率增加。安全,或关闭,棒也可以提供在一个反应堆。这些棒是由硼或其他良好的中子吸收剂。任意数量的他们可以同时插入反应堆裂变反应完全停止。

一层的材料称为反射围绕的核心。反射器可能是普通水、重水、石墨或铍。反射器的目的是为了逃避中子反射回的核心。反过来反射周围是隔热。盾反映了中子和吸收一些裂变反应产生的辐射。热屏蔽,如它的名字所表明的那样,也可以吸收热量由辐射。

最后,反应堆周围是一个生物盾牌。生物保护停止辐射和中子,通过热屏蔽。它是由混凝土,这可能包含一个沉重的材料,如钢铁。生物保护通常是许多英尺厚。它的主要目的是保护反应堆附近的工作人员。

研究和测试反应堆

研究反应堆作为源的中子数的目的,为医疗用途和生产放射性同位素等学习材料。有各种各样的研究反应堆设计特殊用途的特性不同。一种类型是釜式反应器,网格的燃料罐板封闭。坦克通常是安装在一个具体的辐射屏蔽但可以安装在一个池中。铝燃料板,通常由一个丰富uranium-aluminum合金,是核反应堆的核心。铍通常是用作主反射器。反应堆冷却,由普通水或重水。重水通常允许较低的燃料消耗和提供更均匀的反应堆的中子束。

新的反应堆设计、材料和操作程序不断地测试。这是完成测试反应堆。那些旨在检查材料的辐照和组件通常称为通用测试反应堆。这些发展为一个特定的功能通常被称为特殊测试反应堆。

动力反应堆

动力反应堆产生热量转化成蒸汽。蒸汽可以直接使用电力,核潜艇。它也可以用来生成电力——例如,在一个商业核电站。21世纪初的400多个核电站发电在大约30个国家,和更多的工厂在建设中。

1954年美国海军潜艇发射鹦鹉螺世界上第一艘核动力船。一年后开始全面运作,更多的潜艇原子反应堆。美国海军开始建造核动力航空母舰和导弹巡洋舰。在21世纪初美国海军核动力飞船超过75。美国海军核潜艇计划的成功在很大程度上是由于海军上将H.G.里科弗的努力。俄罗斯维护一个有点小舰队核动力。英国、法国和中国还拥有核海洋的能力。

第一个商用核电站发电在美国海军的反应堆计划的一个结果。压水堆核电站压水堆()开始生产在Shippingport, Pa。在1957年,。这种类型的反应堆使用浓缩铀燃料和普通水主持人和冷却剂。反应堆容器钢墙几英寸厚,反应堆堆芯是大约12英尺(3.7米)高。水进入反应堆容器,通过核心上升,吸收核裂变产生的热能。

这水,在压力下2000磅每平方英寸(140公斤/平方厘米),在温度超过500°F (260°C),穿过闭合线圈系统还包含水的蒸汽发生器。热量从热反应堆水通过线圈转移到水的蒸汽发生器。反应堆的水的温度和压力下降。相对凉爽的水,通过蒸汽发生器的水泵返回到核反应堆加热和循环再次开始。反应堆容器,冷却泵、蒸汽发生器和管道都封装在一个具体的安全壳厂房。密封设计,防止放射性物质的释放的环境可能发生堆芯熔毁。

最初在蒸汽发生器水吸收热量所放弃的反应堆水变成蒸汽。蒸汽被输送到一个涡轮。蒸汽压力带动涡轮机,驱动发电机。蒸汽进入冷凝器,它改变了水。另一个周期开始时水返回到蒸汽发生器。电力生产的电力站分布。

压水堆是最常见的类型的反应堆。法国使用的压水式反应堆概念几乎只在其核电项目。美国、德国、日本、西班牙、中国、俄罗斯、韩国、和匈牙利是这项技术的其他用户。

压水堆是两种基本的光(或普通)水反应堆(轻水反应堆)的设计。其他基本设计是沸水反应堆(BWR)。加压水反应堆和沸水反应堆之间的主要区别是,后者在反应堆堆芯直接把水变成蒸汽。然后蒸汽带动涡轮机,驱动发电机。因此,蒸汽发生器循环加压水反应堆可以消除在沸水反应堆。日本、芬兰、墨西哥、瑞典和瑞士bwr用于发电。

加拿大的商业重水反应堆(HWR),坎杜型(Canadian-Deuterium-Uranium)反应堆,取代普通水(H₂与重水(D O)₂O)加压循环把热量从核心。氘的维₂O H氢的两倍重₂o .由于重水吸收中子比普通水少,更多的热反应堆中子生存,增加机会,他们将可裂变u - 235。这允许使用天然铀燃料,由99.3%的可裂变u - 235 u - 238和0.7%。因为这个优势,一个HWR不需要昂贵的u - 235核燃料浓缩。印度,韩国,和中国也使用这种技术进行发电。

光水冷石墨慢化反应堆(LGR)是俄罗斯设计。有时表示石墨,它有一组金属管子包含燃料和冷却剂的压力。管是嵌入在一个大型石墨主持人块。反应堆被监禁的建筑。监禁建筑没有密封或安全壳厂房结构强劲。后者是更典型的反应堆。

气体冷却反应堆(GCR)使用二氧化碳或氦气作为冷却剂,而不是水。二氧化碳是用于商业核电站在英国。氦的使用是在开发在南非和美国。

当发生核裂变的u - 235时,原子可能分裂的30或更多的方式和生产总共大约200裂变产物。这些产品都是放射性的。他们衰变,释放β和γ辐射。β射线可以穿透人体一段短距离的路。伽马射线的穿透能力,能通过人体吸收相对较少。暴露于这种辐射会损伤人体,反复暴露累积效应。在过量核辐射可以产生白内障或形式的癌症。它还可以损害生殖细胞并导致突变的基因,可能产生后代的生理缺陷。

运行的核反应堆,小心行使保护人员在该地区和敏感的维护工具。隔热和生物保护的例子内置保护。精确的工具已经被设计来处理放射性物质通过远程控制。当对象或区域辐射,净化通过特殊方法。防辐射的衣服被设计为那些工作在危险的地区。

核燃料循环是指核燃料开采的总体方案,浓缩,制成燃料组件,用于反应堆,然后再加工或处理的浪费。再生燃料材料可以参照三种路线:返回反应器的材料,材料返回反应器后进行浓缩,或临时存储浪费材料。

反应堆燃料是自然的一种形式铀。这是开采的矿石通常的方式。首先产生可裂变材料,矿石粉碎和研磨成粉。粉末与水混合成泥浆,溶解在酸。镭的碳酸钡沉淀和其他金属杂质。剩下的铀溶液与过氧化氢混合,和氧化铀沉淀。氧化是通过过滤分离。溶解在硝酸、纯化与醚和沉淀重铀酸铵(NH)₄U₂O₇),一个明亮的黄色固体。重铀酸铵在电炉加热,经过氟化氢生产固体四氟化铀。减少这种化合物在高温生产纯金属铀。金属加工、封装在铝容器,然后准备在反应堆中使用。

铀矿的第二种方法治疗,改变天然铀化合物称为六氟化铀。这种化合物,虽然腐蚀性和非常活跃,是唯一的铀化合物气体在中等温度下(大约140°F,或60°C)。六氟化铀在几个方面处理分离的u - 235同位素u - 238同位素。一个方法是气体扩散。这个过程由六氟化铀气体通过一个包含壁垒有数十亿的洞室小于2/1000000英寸。u - 235穿过障碍比u - 238更迅速,继续下一个更高阶段进一步集中。然而,u - 235增加的百分比只有少量经过每个障碍。因此,这个过程必须重复一遍又一遍地在许多阶段,气体回收通过较低的阶段。u - 235年逐渐分离和浓缩,或丰富。该方法利用轻水反应堆行业在美国。 The enriched material is converted chemically into uranium dioxide and fabricated into pellets for use in the reactor.

另一种方法分离从u - 238 u - 235气体离心。在这个过程中,六氟化铀气体高速旋转气缸。较重的u - 238分子朝着外面缸由于离心力引起的旋转,和更轻的u - 235分子保持气缸中心附近。的一部分气体,在u - 235浓度更高然后转移到一个连续的一系列其他的离心机直到达到所需水平的浓缩。的less-enriched部分气体回收到下阶段,这个过程是持续的。法国、日本、英国、荷兰和德国有使用这种技术的主要设施,设施在美国正在进行的计划。

钚生产反应堆后,必须从裂变产物中分离出来。这是一个危险的过程,因为辐射。辐照铀蛞蝓含有钚去主分离植物。来自这种分离四种液体,包括一个不纯的钚。钚溶液化学分离和转化为纯金属钚。这个钚可能被用作反应堆燃料,从而更新燃料循环。每吨蛞蝓只有几盎司的钚。

放射性同位素或放射性同位素,是普通的元素如碳的放射性原子,钴、钠、磷。有些放射性同位素原子灰中发现铀原子分裂后仍然是一个核反应堆。其他人则由暴露正常元素强烈的辐射在一个核反应堆,而裂变。

放射性同位素辐射形式的β和γ射线。辐射的强度正比于放射性物质衰变的速率。因此不同的放射性同位素可用于特殊目的和过程。

医学援助

医学领域中大大受益,核能的放射性同位素。医生使用放射性同位素来定位肿瘤,诊断和治疗病人患有甲状腺违规行为,并研究和治疗癌症。的元素钴已经适应了许多医疗需求。少量的天然元素变得强烈放射性后经历了长时间暴露于辐射的核反应堆。这是放置在一个厚厚的铅与一个小开口了快门,然后运往医院。病人患了癌症就可以暴露于辐射受控条件下的治疗效果。放射性物质这种形式比镭花费要少得多,这是简单的使用比x射线辐射。

磷和碘的放射性同位素诊断艾滋病也很重要。如果一个解决方案包含放射性磷注入病人的静脉,它集中在某些脑部肿瘤的细胞。然后经过特别设计的盖革计数器的表面。它准确定位肿瘤通过记录发出的辐射的放射性磷提出肿瘤。甲状腺强烈吸引了碘。因此使用放射性碘在甲状腺的诊断和治疗疾病。

自1950年代以来,科学家们一直在努力建立一个反应堆,最强大的释放核能利用核聚变(热核反应)。至少开始反应所需的温度是1.22亿华氏度(5000万摄氏度)。两次这个温度需要保持一个反应堆,将基于聚变反应。裂变核弹收益率这样的热量;对于和平的应用程序,然而,产生的热量必须不破坏设备。

在一个方法的融合控制,一个磁场,而不是容器是用来保存材料。电离氘(重水)是放置在一个强大的电磁铁的线圈。线圈的磁场范围的材料,称为等离子体在这种状态下,线圈的轴线。这样的安排通常被称为“磁瓶。“等离子体加热通过拍摄一个巨大的电荷。

实验的实验室型“瓶”已经生成的热从70到8500万华氏度(20到3000万摄氏度),可能还有一些融合。阻碍了进一步发展所需的大量的电力线圈和电荷。可以克服这个障碍的冷却装置几乎绝对零度(-460°F (-273°C)。金属线圈和电路然后提供几乎没有抵抗电流的流动,并可能减少电力需求足以使该方法实用。

正在研究的另一种方法是惯性约束,或者,更具体地说,激光核聚变。在这种方法中非常强大的激光(聚焦光)光束加热和压缩的小颗粒燃料(氘或氚)发生融合。其他涉及电子束或重离子惯性约束方法代替光束。

作为能量的来源,聚变反应堆裂变反应堆可能提供了优势。他们可能更安全,他们会产生更少的浪费。此外,他们使用的燃料是充足的。尽管有实质性的进展,然而,21世纪初的科学家认为,一种可行的聚变反应堆仍在许多年。

核电站设计和操作的方式,强调预防和缓解的意外释放的放射性物质进入环境。然而,潜在的癌症和遗传损伤等造成的事故放射性物质导致了重大的公众关注对反应堆的安全运行。

三里岛事故涉及到一个反应堆,宾夕法尼亚州的哈里斯堡附近,1979年的反应堆堆芯严重损坏,是由于设备故障和人为错误的组合。虽然直接从产生的健康影响的放射性物质释放到环境并不重要,事件的心理影响,这是由新闻媒体广泛报道,导致反应堆安全的担忧。

美国核管理委员会和行业监管给予特别注意三哩岛核事故的经验教训,这导致增加了解核电站的安全运行。然而,新核电站的建设大幅放缓在美国的三里岛事件。

国际反应堆安全问题的担忧再度事故发生后,1986年在苏联的一个工具。的切尔诺贝利核电站位于西北约80英里(128公里)在乌克兰基辅(乌克兰),遭受了灾难性的崩溃的核燃料。主要原因是人为失误:技术员进行未经授权的实验反应堆不了解反应堆会在实验中是如何表现的。辐射云从工厂蔓延在欧洲大部分地区,污染农作物和牲畜。小数量的辐射传播到亚洲和北美。

另一个让人担忧的问题就是把核废料的问题。这种浪费很大程度上是反应堆的乏燃料。这是放射性,无限期地几乎和它的一些组件。垃圾正在举行临时网站直到永久可以找到解决问题的办法。乏燃料的计划在美国开始安置在一个存储库在内华达州亚卡山在2020年之前。其他国家还没有先进的核废物处置计划到这个程度。有些研究地质处理(例如,瑞典),其他人在做研究废物转化成更良性的形式(例如,法国),然而其他人则延迟的策略(例如,加拿大)任何废物管理的决定。

仅次于美国使用第一个原子弹在第二次世界大战期间,其他几个国家公开展示的能力爆发核设备。其中包括俄罗斯(苏联)的一部分,英国、法国、中国、印度、巴基斯坦和北韩。到21世纪初其他几个国家已经组装的能力核武器或接近此功能。

核武器的致命力量促使国际运动控制他们的生产和传播。1970年的核不扩散核武器条约》生效。签署了核武器的国家同意不帮助无核国家发展核武器。此外,所有签署国同意分享核材料和技术用于和平目的。为了限制核军备竞赛的冷战时期,美国和苏联参加了限制战略武器会谈(盐)在1970年代和削减战略武器谈判(开始)的1980年代和1990年代。1991年苏联解体后,国际社会致力于确保核材料和设备由苏联没有被盗或被误用。国际原子能机构试图防止武器扩散。