核能利用與核武器

1、Course on Nuclear Technology and it’s Application（核技術及應用課程）P.J. Cheng（程品晶）School of Nuclear Science and Technology Nanhua University（南華大學核科學技術學院）,第三章 核能利用與核武器,,該項技術主要是利用核裂變和核聚變反應釋放出能量的原理，開發(fā)出能源或動力裝置和核武器。主要應用有：

2、 核電站、核潛艇、原子彈、氫彈和中子彈。,第一節(jié) 基本原理,,一、能量和質量的一般關系二、質量虧損三、原子核的結合能四、原子核的比結合能五、物理學家對核能利用的預言,質能關系式或稱質能聯(lián)系定律。 能量和質量都是物質的屬性。具有一定質量的m物體，它的相應的能量E由相對論公式給出： E = mc2

3、 m = m0 /(1-(v/c)2)1/2 式中， c為真空中的光速； v為物體運動的速度； m0為物體靜止時的質量。　 舉例: 1g質量的能量是，　 E = 10-3× [2.9978 × 108]2＝8.9875 ×1018(J) 1u(原子質量單位)的能量是, E = 1.6

4、605 × 10-27× [2.9978 × 108]2＝8.9875 ×1018(J) = 931.5(MeV),一、能量和質量的一般關系,定義　實驗發(fā)現，任何原子核的質量總是小于組成它的所有核子的質量之和。組成某一原子核的核子質量和與該原子核的質量之差稱為原子核的質量虧損。即 　　　　△M( Z, A )=ZM(1H)+(A－Z)mn－M(Z,A)式中

5、Z為核電荷數， A為核質量數， M(1H) ，和mn分別為質子和中子的質量。　　意義　廣義的說，對于一個孤立體系的質量虧損有，　　 　　　△M＝∑Mi － ∑Mf式中， ∑Mi 為體系變化前的靜止質量， ∑Mf為體系變化后的靜止質量。根據質能聯(lián)系定律和能量守恒定律有，　　　　　△M＞０　　體系發(fā)生釋能變化；　　　　　△M＜０　　體系發(fā)生吸能變化。,二、質量虧損,舉例　　　　　 △M(4He ) = 2 M(1H ) +2 m

6、n－ M(4He ) = 2(1.007825+1.008665) －4.002603 = 0.030377 u,三、原子核的結合能,定義　實驗發(fā)現，任何原子核的質量虧損總是大于零，表明由自由核子結合成原子核時，有能量釋放出來。這種表示自由核子組成原子核所釋放的能量稱為原子核的結合能，用B( Z,

7、 A )表示，根據質能聯(lián)系定律和能量守恒定律有，它與質量虧損△M( Z, A )的關系是　　 　　B( Z, A ) = △M( Z, A )C2　　舉例　　　　　B( 4He ) = △M(4He )C2　　　　　　　 = 0.030377 (u)×931.5(MeV/u) = 28.30 MeV,四、原子核的比結合能,定義　原子核的比結合能是該原子

8、核中每個核子的平均結合能ε，也就是該原子核的總結合能B( Z, A )被質量數A除，即　　 　　　ε＝ B( Z, A ) ／A核子平均結合能ε同質量數A的關系如圖1 核子的平均結合能所示，表1也列出了一些核的B( Z, A )和ε的值。,比結合能曲線圖,五、物理學家對核能利用的預言,,原子核比結合能曲線的特點　曲線的形狀是中間高，兩端低。說明A為50~150的中等質量的核結合得比較緊；很輕的核和很重的核(A＞200)結合得比較松。

9、　　物理學家對核能利用的預言　正是根據比結合能曲線的上述特點，物理學家預言了核能的利用。一種是重核的裂變，一個很重的原子核分裂成兩個中等質量原子核，比結合能ε由小變大，有核能釋放出來；另一種是輕核的聚變，兩個很輕的原子核聚合成一個重一些的核，比結合能ε同樣由小變大，也有核能釋放出來。,第二節(jié) 裂變能利用與核電站,,一、 裂變反應堆原理二、 什么是核電站三、 壓水堆核電站四、 快堆核電站五、 核電站在設計上

10、所采取的安全措施六、 核電廠在管理方面采取的安全措施七、 核電廠發(fā)生自然災害時能安全停閉八、 核電站廢物嚴格遵照國家標準，對人民生活不會產生有害影響九、 世界上目前建造核電站情況十、 核電與火電比較,235U + n → 90Kr + 144Ba + 2n + E.,235U + n → (236U)*,一、裂變反應堆原理,原子核裂變,一公斤鈾235全部裂變釋放的能量，相當于2萬噸梯恩梯(TNT)炸藥爆炸時

11、放出的能量。,鈾-235裂變釋放的能量,一個中子把一個鈾原子核轟擊成兩半，釋放出能量，同時又跑出兩個以上中子，這些中子又去轟擊更多的原子核。分裂，分裂，越來越猛烈的分裂。能量，能量，越來越多的能量。費米把這種現象稱為連鎖反應（或鏈式反應）。,裂變鏈式反應,裂變鏈式反應條件Keff的討論 有效增值系數或再生系數K 是此代裂變產生的中子總數與前一代裂變產生的中子總數的比值。 如果裂變

12、產生100個中子（第一代中子），經過慢化再引起下一次裂變，若產生102個中子（第二代中子），則K＝1.02。 K＝1 時為臨界狀態(tài)，需要的最小的裂變燃料數量叫做臨界質量。此時，中子數保持不變，鏈式反應可繼續(xù)進行下去每秒鐘內發(fā)生恒定的裂變數，每次裂變放出的能量也一定，這表明反應的功率保持一定水平不變。 當K＞1時，中子數越來越多，功率在增加，這個狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)。 當K＜1時，中子數越來越少，功率也在下降，這種狀

13、態(tài)稱為次臨界狀態(tài)。,,裂變堆的發(fā)展歷史1938年，德國化學家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現U原子的裂變現象，而且一個U原子裂變放出的能量（200Mev）比一個C原子氧化放出的能量（4.1ev）大5 107倍，如此巨大的能量如何利用呢？1942年12月，意大利物理學家費米等在美國芝加哥大學建造了世界第一座人工裂變反應堆。美國又利用U-238轉化成Pu-239原子彈裝料，制造了钚原子彈，又利用反應堆作動力建造了核潛艇。20世紀40-50年代，裂

14、變反應堆主要用于軍事目的。50年代中期，世界上大量建造研究堆，同時用以發(fā)電。60年代中期起，許多國家大力發(fā)展核電站或核動力。,裂變反應堆,費米研制的第一座裂變堆,裂變反應堆的組成     反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現核能—熱能轉換的裝置。核反應堆是核電廠的心臟，核裂變鏈式反應在其中進行。     反應堆由堆芯、冷卻系統(tǒng)、慢化系

15、統(tǒng)、反射層、控制與保護系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)等組成。     堆芯中的燃料：反應堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂變材料。自然界天然存在的易于裂變的材料只有Ｕ-235，它在天然鈾中的含量僅有0.711％，另外兩種同位素Ｕ-238和Ｕ-234各占99.238％和0.0058％，后兩種均不易裂變。另外，還有兩種利用反應堆或加速器生產出來的裂變材料Ｕ-233和Pu-239。用這些裂變材料制成金屬

16、、金屬合金、氧化物、碳化物等形式作為反應堆的燃料。,燃料包殼：為了防止裂變產物逸出，一般燃料都需用包殼包起來，包殼材料有鋁、鋯合金和不銹鋼等。     控制與保護系統(tǒng)中的控制棒和安全棒：為了控制鏈式反應的速率在一個預定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，稱之為控制棒和安全棒。控制棒用來補償燃料消耗和調節(jié)反應速率；安全棒用來快速停止鏈式反應。吸收體材料一般是硼、碳化硼、鎘、銀銦鎘等。

17、 冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑：為了將裂變的熱導出來，反應堆必須有冷卻劑，常用的冷卻劑有輕水、重水、氦和液態(tài)金屬鈉等。,慢化系統(tǒng)中的慢化劑：由于慢速中子更易引起鈾-235裂變，而中子裂變出來則是快速中子，所以有些反應堆中要放入能使中子速度減慢的材料，就叫慢化劑，一般慢化劑有水、重水、石墨等。  反射層：反射層設在活性區(qū)四周，它可以是重水、輕水、鈹、石墨或其它材料。它能把活性區(qū)內逃出的中子反射回去，減少中子的泄漏量。

18、 屏蔽系統(tǒng)：反應堆周圍設屏蔽層，減弱中子及γ劑量。     輻射監(jiān)測系統(tǒng)：該系統(tǒng)能監(jiān)測并及早發(fā)現放射性泄漏情況。,反應堆的結構形式和分類      反應堆的結構形式是千姿百態(tài)的，它根據燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設計需要等因素可建造成各類型結構形式的反應堆。 目前世界上有大小反應堆上千座，其分類也是多種多樣。 按能譜分

19、有：由熱能中子和快速中子引起裂變的熱堆和快堆； 按冷卻劑分有：輕水堆，即普通水堆（又分為壓水堆和沸水堆）、重水堆、氣冷堆和鈉冷堆。 按用途分有：（1）研究試驗堆：是用來研究中子特性，利用中子對物理學、生物學、輻照防護學以及材料學等方面進行研究；（2）生產堆，主要是生產新的易裂變的材料鈾-233、钚-239；（3）動力堆，利用核裂變所產生的熱能廣泛用于艦船的推進動力和核能發(fā)電。,核電站就是利用一座或若干座動力反應堆所產生的

20、熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設施。反應堆是核電站的關鍵設備，鏈式裂變反應就在其中進行。目前世界上核電站常用的反應堆有壓水堆、沸水堆、重水堆和改進型氣冷堆以及快堆等。但用的最廣泛的是壓水反應堆。壓水反應堆是以普通水作冷卻劑和慢化劑，它是從軍用堆基礎上發(fā)展起來的最成熟、最成功的動力堆堆型。,二、什么是核電站,核電站工作原理 核電廠用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發(fā)生裂變而產生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在

21、蒸汽發(fā)生器內產生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機一起旋轉，電就源源不斷地產生出來，并通過電網送到四面八方。,三、壓水堆核電站,以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規(guī)島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件是蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統(tǒng)設備主要有壓水堆本體，一回路系統(tǒng)，以及為支持一回路系統(tǒng)正常運行和保證反應堆安全而設置的輔助系統(tǒng)。常規(guī)島主要包括汽輪機組及二回等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠類似。,能量轉換“四步曲”1 反應

22、堆：將核能轉變?yōu)闊崮埽ǜ邷馗邏核? 蒸汽發(fā)生器：將一回路高溫高壓水中的熱量 傳 遞給二回路的水，使其變?yōu)轱柡驼羝? 汽輪機：將飽和蒸汽的熱能轉變?yōu)楦咚傩D的機械能；4 發(fā)電機：將汽輪機傳來的機械能轉變?yōu)殡娔堋?壓水堆核電站流程示意圖,（一）壓水堆核電廠概述壓水堆核電廠就是利用一座或若干座壓水反應堆作為動力而發(fā)電的電廠，它是一個將核能轉換為電能的綜合裝置。壓水堆核電廠一般是由一回路和二回路以及與他們相關的各個

23、輔助系統(tǒng)或設備組成。一回路也稱反應堆冷卻劑系統(tǒng)，它包括壓水堆本體和若干個封閉的并聯(lián)到反應堆壓力容器的反應堆冷卻劑環(huán)路；二回路也稱動力轉換系統(tǒng)。這種雙回路設計可使釋放到動力轉換系統(tǒng)中而隨后又釋放到環(huán)境中的裂變產物的量降到最低程度。,壓水堆核電廠的組成,（二）壓水堆核電廠組成 壓水堆核電廠的系統(tǒng)和設備通常可以分為兩大部分（圖1-1），即： 1．核的系統(tǒng)和設備部分（核島）； 2．常規(guī)的系統(tǒng)和設備部分（常規(guī)島）。

24、,核島由以下部分組成： （1） 核蒸汽供應系統(tǒng)，它包括： （a） 壓水堆及一回路主系統(tǒng)和設備（冷卻劑主泵，蒸汽發(fā)生器，主管道，穩(wěn)壓器等）。 （b） 三個輔助系統(tǒng)：化學和容積控制系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)和安全注射系統(tǒng)。 （c）  以上系統(tǒng)的控制、保護和檢測系統(tǒng)。 （2） 核島的其余組成部分，它包括： （a）  設備冷卻水系統(tǒng)、生水系統(tǒng)、重要廠

25、用水系統(tǒng)； （b） 放射性廢物處理系統(tǒng)及硼回收系統(tǒng)（即一回路排水處理系統(tǒng)） （c）  反應堆安全殼及安全殼噴淋系統(tǒng)； （d）  核燃料裝換料及貯存系統(tǒng)； （e）  安全殼通風和過濾系統(tǒng)、核輔助廠房通風系統(tǒng)； （f）  柴油發(fā)電機組。,常規(guī)島包括與常規(guī)火力發(fā)電廠相似的系統(tǒng)及設備，主要有： （1）

26、二回路系統(tǒng)也稱動力轉換系統(tǒng)或汽輪發(fā)電機系統(tǒng)，它是由蒸汽系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機組、冷凝器、蒸汽排放系統(tǒng)、給水加熱系統(tǒng)和輔助給水系統(tǒng)等組成。（見圖1-2） （2） 循環(huán)水系統(tǒng)； （3） 電氣系統(tǒng)及廠用電設備,（三）壓水堆核電廠布置核島核蒸汽供應系統(tǒng)中的壓水堆、一回路主系統(tǒng)和設備及余熱排出系統(tǒng)安裝在安全殼內。當發(fā)生泄漏事件時，安全殼可以把帶放射性的反應堆冷卻劑系統(tǒng)與環(huán)境隔開；核蒸汽供應系統(tǒng)中另外兩個輔助系統(tǒng)及核島的其余組成部分均在安全殼

27、外都放置在輔助廠房內，該廠房位于控制廠房和安全殼之間；燃料廠房是供裝卸及儲存新燃料和乏燃料用的；控制廠房包括主控制室、電纜敷設間、輔助儀表室、計算機和蓄電池室；汽輪機廠房包括所有動力轉換系統(tǒng)，即汽輪機及其輔助設備。汽水分離器、再熱器、給水加熱器和給水泵等。,由快中子引起鏈式裂變反應所釋放出來的熱能轉換為電能的核電站?？於言谶\行中既消耗裂變材料，又生產新裂變材料，而且所產可多于所耗，能實現核裂變材料的增殖。  

28、   目前，世界上已商業(yè)運行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變燃料，即使再利用轉換出來的钚-239等易裂變材料，它對鈾資源的利用率也只有1％—2％，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉換成钚-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到60％—70％。,四、快堆核電站,五、核電站在設計上所采取的安全措施,,,為了確保壓水反應堆核電廠的安全，從設計上采

29、取了所能想到的最嚴密的縱深防御措施。 四重屏障： 為防止放射性物質外逸設置了四道屏障：1.裂變產生的放射性物質90％滯留于燃料芯塊中；2.密封的燃料包殼；3.堅固的壓力容器和密閉的回路系統(tǒng)；4. 能承受內壓的安全殼 ．,多重保護： 在出現可能危及設備和人身的情況時，1.進行正常停堆； 2.因任何原因未能正常停堆時，控制棒自動落入堆內，實行自動緊急停堆；3. 如任何原因 控制棒未能插入，高濃度硼酸水自動噴入

30、堆內，實現自動緊急停堆。,核電廠有著嚴密的質量保證體系，對選址、設計、建造、調試和運行等各個階段的每一項具體活動都有單項的質量保證大綱。     另外，還實行內部和外部監(jiān)查制度，監(jiān)督檢查質量保證大綱的實施情況和是否起到應有的作用。另外對參加核電廠工作的人員的選擇、培訓、考核和任命有著嚴格的規(guī)定。領取操縱員執(zhí)照，然后才能上崗，還要進行定期考核，不合格者將被取消上崗資格。,六、核電廠在管理方面采取

31、的安全措施,在核電廠設計中，始終把安全放在第一位，在設計上考慮了當地可能出現的最嚴重的地震、海嘯、熱帶風暴、洪水等自然災害,即使發(fā)生了最嚴重的自然災害,反應堆也能安全停閉，不會對當地居民和自然環(huán)境造成危害。     在核電廠設計中甚至還考慮了廠區(qū)附近的堤壩坍塌、飛機墜毀、交通事故和化工廠事故之類的事件，例如一架噴氣式飛機在廠區(qū)上空墜 毀，而且碰巧落到反應堆建筑物上，設計要求這時反應堆還是

32、安全的。,七、核電廠發(fā)生自然災害時能安全停閉,核電廠的三廢治理設施與主體工程同時設計，同時施工，同時投產，其原則是盡量回收，把排放量減至最小，核電廠的固體廢物完全不向環(huán)境排放，放射性液體廢物轉化為固體也不排放；像工作人員淋浴水、洗滌水之類的低放射性廢水經過處理、檢測合格后排放；氣體廢物經過滯留衰變和吸附，過濾后向高空排放。     核電廠廢物排放嚴格遵照國家標準，而實際排放的放射性物質的量

33、遠低于標準規(guī)定的允許值。所以，核電廠不會對給人生活和工農業(yè)生產帶來有害的影響。,八、核電站廢物嚴格遵照國家標準，對人民生活不會產生有害影響,核電自50年代中期問世以來，目前已取得長足的發(fā)展。到1999年中期，世界上共有436座發(fā)電用核反應堆在運行，總裝機容量為350676兆瓦。正在建造的發(fā)電反應堆有30座，總裝機容量為21642兆瓦。     目前世界上有33個國家和地區(qū)有核電廠發(fā)電，核發(fā)

34、電量占世界總發(fā)電量的17％，其中有十幾個國國家和地區(qū)核電發(fā)電量超過各種的總發(fā)電量的四分之一，有的國家超過70％。據資料估計，到2005年核電廠裝機容量將達到388567兆瓦。,九、世界上目前建造核電站情況,十、核電與火電比較,核電不僅安全，也很清潔、經濟。一座100萬千瓦的火電廠，一年要燒270萬至300萬噸煤，排放出600萬噸二氧化碳、約5萬噸二氧化硫和氮氧化物，以及30萬噸煤渣和數十噸有害廢金屬。一座100萬千瓦的核電站，一年只消耗

35、30噸核燃料，而且不排放任何有害氣體和其它金屬廢料。煤炭、原油是不可再生的寶貴化工原料。發(fā)展核電不僅可以把這些資源省下來留給子孫后代，還能有效改善人類的生存環(huán)境。,,核電是清潔能源,火電站污染嚴重,第三節(jié) 核 武 器,利用能自持進行的鏈式裂變反應或聚變反應瞬間釋放巨大能量，產生爆炸作用，并具有大規(guī)模殺傷破壞效應的 武器。 核武器一般是指由核彈頭及其投擲發(fā)射系統(tǒng)組成的武 器系統(tǒng)。 核武器釋放的總能量通常用爆

36、炸釋放相同能量的梯恩梯炸藥量來表示，稱梯恩梯當量。核武器爆炸時釋放的能量，比只裝化學炸藥的常規(guī)武器 要大得多。1000克鈾全部裂變釋放的能量相當于近２萬噸梯 恩梯炸藥的威力；1000克氘完全聚變釋放的能量相當于６萬 噸梯恩梯炸藥的威力。 核武器爆 炸不 同于化學炸藥爆炸，具備特有的強沖擊波、光 輻射、早期核輻射、放射性沾染和核電磁脈沖等殺傷破壞作 用。,原子彈,利用235U或239Pu等重原子核的鏈式裂變反應原理制成的核

37、武器。 利用炸藥實現超臨界狀態(tài)，利用中子源點火實現裂變。 超臨界狀態(tài)的實現：槍法、內爆法,槍法原子彈,內爆法原子彈,【槍法原子彈】又稱壓攏型原子彈，一種把２－３塊處于次臨 界狀態(tài)的裂變裝料，在炸藥爆炸產生的高壓力推動下迅速合 攏成為超臨界狀態(tài)的核武器。槍法原子彈結構簡單，形狀細 長，但要求裝較多裂變材料，利用效率較低。裂變材料宜用 鈾－２３５，不宜用钚。因钚中含自發(fā)裂變概率較大的钚－２４０， 容易使合攏速度較慢的槍法原子彈發(fā)生過早點

38、火，威力下降。 １９４５年８月６日投到日本廣島的就是一顆槍法原子彈，代號 “小男孩”，長約２.５米，直徑０.７１米，重約４噸，威力不到 ２萬噸梯恩梯當量。經過改進，槍法原子彈的體積重量已有顯 著縮小。 美國用于２０３毫米大炮的Ｗ３３AＭ４２２核炮彈，重量 為０.１１－０.１２噸，直徑０.２０３米，長度０.９４米，威力仍有 １萬噸梯恩梯當量。,【內爆法原子彈】又稱壓緊型原子彈。一種利用炸藥爆炸產生的內聚沖擊

39、波和高壓力去壓縮處于次臨界狀態(tài)的裂變裝料， 使器密度急劇升高，達到超臨界狀態(tài)的核武器。內爆法原子 彈結構較為復雜，外形尺寸較大；但核裝料可比槍法原子彈 裝得少，利用效率高，因而被廣泛采用。 １９４５年８月９日，美 國投在日本長期的原子彈，就是一顆內爆法原子彈，代號為 “胖子”，核裝料用钚，長約３.３米，直徑１.５米，重約４.５噸， 威力約２萬噸梯恩梯當量。 １９６４年１０月１６日，中國進行了 第一次核爆炸試

40、驗，核裝置也是壓緊型的，但核裝料采用鈾 －２３５，威力為２.２萬噸梯恩梯當量。,最早的原子彈    世界上最早的原子彈是美國制造的3顆原子彈。它們出世之后，為保密起見分別取了綽號“瘦子”、“胖子”和“小男孩”。    1945年8月6日上午，美軍使用B-29型轟炸機從天寧島機場出發(fā)，把“小男孩”原子彈運至日本并投下廣島市，并于三天后的8月9日上午又從天寧島機

41、場再次出發(fā)，運送另一個遠計劃投下日本內良市的“胖子”原子彈，但由于天氣關系，最后誤投在長崎市。從而加速了在同年的8月14日第二次世界大戰(zhàn)的結束。    據事后統(tǒng)計，廣島市及長崎市死亡及受傷人數加上其他受害者，總數達445,000人以上。,原子核的聚變,輕核聚變 兩個輕的原子核相碰，形成一個原子核并放出能量。最重要的聚變反應,,6個d (即 2H)核放出43.24MeV，平均每核子放出3

42、.6MeV，是n+235U裂變反應平均每核子放出200/236=0.85MeV能量的4倍。,聚變條件 庫侖勢壘：144KeV?2?72keV ?5.6 ?108K 聚變溫度： ~108K，等離子體狀態(tài) 等離子體密度足夠大，必須維持足夠長的時間。 Lawson判據： DD反應 nt = 1022 s/m3 ， T = 109 k DT反應 nt = 1020

43、 s/m3 ， T = 108 k,利用氘、氚等輕原子核的熱核聚變反應原理制成的核武器。初級：用于提供自持熱核反應條件的起爆裝置。（原子核裂變）次級：實現熱核聚變反應的部分。氫彈沒有填料的限制。熱核裝料是固態(tài)氘化鋰 用裂變反應產生的中子轟擊鋰來 制備氚，以實現氘氚聚變反應。,氫彈,,【三相彈】 放能過程經歷由裂變到聚變再到裂變三個階段的一種氫彈， 又稱氫鈾彈。絕大多數庫存戰(zhàn)略核武器都屬

44、于這種類型。 這種氫彈以天然鈾或濃縮鈾作聚變裝料的外殼。當氫彈爆炸時，聚變反應產生的大量高能中子引起殼體中鈾核裂變，放出能量和裂變中子，裂變中子有一部分與聚變裝料中的鋰－６核發(fā)生核反應產生氚，氚又與氘發(fā)生進一步的聚變反應。 三相彈的主要優(yōu)點是高比威力，其不足之處是裂變能量所占份額較大，因而三相彈爆炸的放射性沾染較嚴重。一般說來，隨著爆炸威力的增大，三相彈的裂變份額緩慢減小。當威力為幾百萬噸梯恩梯當量或更高時，裂變份額大都

45、在５０％左右。,其他核武器,【鈷彈】 利用核爆炸釋放的中子照射添加的鈷－59核，感生大量半衰期較長的放射性核素鈷－60，從而增強放射性沾染的特殊核武器。 普通核武器的放射性沾染主要來源于裂變碎器中半衰器較長的放射性核素（如鍶－90、鈷－95、鈀－137等）。為了增強這一殺傷效應，可以在普通核武器中加入鈷－59，它們在核爆炸中子（ｎ）的照射下產生放射性核素鈷－60，60Ｃｏ的半衰器為５.２６年，核反應中釋放兩個ｙ光子，其

46、能量分別為１.３３和１.１７ＭｅＶ。因而大大增強了放射性沾染。,【中子彈】  以高能中子為主要殺傷因素、相對減弱沖擊波和光輻射效應的一種特殊設計的小型氫彈，又稱增強輻射彈。 中子彈的特點是爆炸釋放的能量不高，但核輻射很強。根據美國核物理學家Ｓ．Ｔ．柯恩提供的資料，在150米高度爆炸時，中子彈的輻射殺傷半徑與威力大10倍的裂變武器的相當，約為同威力武器輻射殺傷半徑的2倍，即殺傷面積的４倍。 根據美國的估計

47、，8000rad（等于80Gy）是使人員立即永久性喪失戰(zhàn)斗能力所需要的劑量，650rad（等于6.5Gy）是使人員受輻照后２小時內生理功能受到損傷的劑量。,【沖擊波彈】  一種以沖擊波效應為主要殺傷破壞因素的特殊性能氫彈。與三相彈相比，其顯著特點是降低了剩余放射性的生成量。它的確切名稱為減少剩余放射性彈（Reduced Residuarl Redioactivety weapon）簡稱ＲＲＲ彈。 １９８０年美國

48、宣布研制成功沖擊波彈，宣稱這種武器的放射性沉降比相同威力的純裂變武器低一個數量級以上，光輻射的破壞效應也顯著減少。由于剩余放射性主要來自重核裂變，因此設計沖擊波彈的關鍵是降低裂變份額。由于放射性沉降的減少，使得在沖擊波彈爆后不久己方部隊即可進入爆區(qū)。因此比較適合于戰(zhàn)場上使用。,【戰(zhàn)略核武器】   用于攻擊敵方戰(zhàn)略目標或保衛(wèi)己方戰(zhàn)略要地的核武器總稱。 戰(zhàn)略核武器的威力一般較高，大多數為幾十萬噸梯恩梯當量，也有高達幾

49、百萬噸、甚至上千萬噸梯恩梯當量的。戰(zhàn)略核武器的作用距離（或射程）一般較遠，可遠至上萬千米。 戰(zhàn)略核武器可分為戰(zhàn)略進攻性武器和戰(zhàn)略防御性武器等。戰(zhàn)略進攻性武器包括：陸基洲際彈道核導彈、潛地彈道核導彈和攜帶核航空炸彈、近程攻擊核導彈、巡航核導彈的戰(zhàn)略轟炸 機等，總稱三位一體戰(zhàn)略核力量。戰(zhàn)略防御性武器包括反彈道核導彈和地對空核導彈等。,【戰(zhàn)術核武器】   用于支援陸、海、空戰(zhàn)場作戰(zhàn)，打擊對敵方軍事行動有直接影響的目標

50、的核武器。 戰(zhàn)術核武器的威力一般較低，大多數為幾千噸至幾萬噸梯恩梯當量，個別的也有威力高達近百萬噸梯恩梯當量的核航空炸彈和威力低至近１０噸梯恩梯當量的特種核地雷。 戰(zhàn)術核武器的作用距離（或射程）較近，一般為幾十千米至幾百千米，但中程的戰(zhàn)術核導彈射程可達１０００—５０００千米。 戰(zhàn)術核武器包括：中、短程地地核導彈、核航空炸彈、艦艦和艦空核導彈、反潛核導彈、核深水炸彈、核炮彈、核地雷等。,【第一代核武器】 

51、;   通常指原子彈類型的早期核武器，即裂變武器。威力一般為幾百噸至幾萬噸梯恩梯當量。 美國從４０年代末發(fā)展起來的戰(zhàn)術核航彈、核地雷、核炮彈、核深水炸彈、近程地地核導彈、反艦核導彈等大部分戰(zhàn)術核武平均屬于第一代核武器。 核武器的分代方法有許多種，不同國家所用的也不盡一致。一種主張按比威力等技術性能來劃分，將美國４０—５０年代甚至６０年代初器研制的核武器，包括一部分早期發(fā)展的比

52、威力較低、較為粗笨的氫彈，統(tǒng)稱為第一代核武器。,三代核武器,【第二代核武器】     通常指氫彈類型的核武器。 ５０年代初，美國、原蘇聯(lián)相繼研制成功氫彈。它的威力、比威力、核裝料利用效率都比原子彈有大幅度提高。以氫彈作為新型的核武器，與洲際導彈、戰(zhàn)略轟炸機等射程較遠的投射工具相結合，構成了具有巨大威懾力量的戰(zhàn)略核武器，這是第二代核武器的主力。它的威力通常為幾十萬噸至幾百萬噸

53、梯恩梯當量。一般具有較好的生存能力、作戰(zhàn)有效性、安全和保安性能。某些具有特殊性能的氫彈，如威力只有千噸梯恩梯當量、以中子殺傷效應為主的中子彈；以及以沖擊波毀傷效應為主、放射性沾染大為減少的沖擊波彈都屬于第二代核武器。 也有人主張只把６０年代末研制的，重量體積較小，比威力高的核武器稱作第二代核武器。,【第三代核武器】     一種以核爆炸為驅動源，使所釋放的能量（包括各種輻

54、射）轉換成某種定向能的武器。 ７０年代，美國提出研制以定向發(fā)射為主要特征的第三代核武器。這種新型核武器由核驅動源和轉換器組成。核驅動源是一種特殊設計的氫彈，通過轉換器把核爆能量中的某一種成分（如Ｘ射線、電磁脈沖、碎器動能）沿某一特定方向發(fā)射出去，從而在這一特定方向上大幅度提高對遠距離的局部目標的破壞效應。例如，７０年代以來美國探索研究的核激勵Ｘ射線激光武器，利用核爆炸產生的Ｘ射線，激勵安置在核裝置周圍的很多激光棒，使其產生定向的

55、Ｘ射線激光束，來摧毀目標。此外，在探索研究的還有高功率微波或電磁脈沖武器，核動能武器等。,第四節(jié) 能源開發(fā),科學家們預測，如果人類都用煤和原油來發(fā)電，預計200年后煤和原油資源就會枯竭。鈾雖然儲量豐富，但也是不可再生資源。如果人類全部依靠鈾提供能源，預計1000年后鈾資源也會枯竭。,太陽是萬物之母,太陽能是核聚變反應的結果：引力約束等離子體；每天燃燒5x1013噸氫，相當于3.5x1011噸的質量轉化為能量；所釋放的能量相當于每秒爆

56、炸900億顆百萬噸級的氫彈太陽的質量： 2x1027噸；太陽的外層溫度：6000K, 太陽的中心溫度：15,000,000K；太陽賦予地球的能量僅為聚變能的一萬億分之五，卻是目前全世界使用的所有能源的10萬倍。,開辟原子能和平利用的另一條道路：控制氫元素聚合反應的速度，利用聚合反應中釋放的能量發(fā)電造福人類。 氘在大海中的儲量幾乎是取之不盡（海水中氘的總量約35萬億噸）?？煽睾司圩兎磻蜒兄乒ぷ麟m然困難重重，道路還很