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核电将在挫折中前进 侯明东 中国科学院近代物理研究所 报告内容 核能的物理基础 核电发展历史 核电站的安全性 核能的物理基础 基本原理是：铀-235、钚-239等重核在中子轰击下发生裂变反应，这 一过程同时放出2-3个中子和200MeV的能量(相当于3.2×1011焦耳)。 原子核裂变 （放出2～3个中子和200MeV 能量） 典型的裂变反应 铀235裂变碎片的质量分 布，在质量数95和138附 近双峰，非对称裂变。 裂变发现的曲折历史 裂变现象的发现史是一部曲折的历史，前后经历了五年的时间。 许多科学家濒临发现的边缘而错过良机。 费米实际上是第一个实现铀核裂变的人，但是他没有能了 解它的本质。 伊伦·居里和沙维奇已经接近了解决问题的边缘，但他们 在大门口犹豫徘徊。 1938年底，哈恩和史特拉斯曼才给出了铀核裂变的确凿无 疑的证据。 梅特纳和弗里希对此作出了正确的解释。 序幕－中子的发现 1920年卢瑟福预言原子中可能存在中性粒子 1932年英国物理学家James Chadwick 用钋源中的α粒子轰击铍靶，产生穿透本领强的射线，用这种 射线照射石蜡，发现石蜡经撞击后发射出质子来。 他发现这种射线的速率只有光速的1/10，不可能是γ射线。 用弹性碰撞的理论来分析，根据碰撞过程中的能量和动量守 恒，确认这种中性射线是质量很大的中性粒子。 用云雾室测定中子质量，与质子非常接近。再根据质谱仪的数 据推算，得到中子的精确值为１.0067原子质量单位。 查德威克(1891-1974) 1935年诺贝尔物理学奖 德国G．博特及法国约里奥·居里夫妇先前已做过类似实验 中子的发现具有深远的影响： 为核模型理论提供了重要的依据，海森伯和伊万宁科分别提出原子 核是由质子和中子组成的理论；解释了“ 同位素”的存在。 为研究和变革原子核提供了有力的手段，中子作为炮弹有更大的威 力，导致了中子核反应、核裂变现象的发现，打开了原子核的大门。 中子在多个领域有广泛的应用，发展形成了中子物理学。 费米的成功与遗憾 费米用镭－铍中子源的中子轰击各种元素，用盖革—弥勒计数 管进行测量。在中子照射的近六十种元素中，发现有四十多种 能产生放射性核素。 在中子源和银圆筒之间加石蜡或含氢物质，产额增高。 重新用热中子轰击铀核试图生成原子序数大于92的93、 94……一系列超铀元素。 实验结果呈现出非常复杂的辐射成分。先后共测得四种不同能 量的β射线，得到分别为10秒、40秒、12分和90分的四种不 同的半衰期。错误地认为合成了93号元素。 德国年轻科学家诺达克夫妇， 1934年曾经提出过自己的 看法，他们认为铀核在中子作用下发生了核裂变反应。 二十年后，在安葬费米时西格列说： “上帝按照他自己的不可思议的动机，使我们 当时在核分裂现象上成为盲人” 。 约里奥—居里夫妇的工作 法国的约里奥·居里夫妇也在进行中子轰击铀的试验。同样他们也测得 了一些被命名为“类铼”、“类锇”和“类铱”的93、94和95号元素。他们 的实验结果也未能超越费米等人的结论。 1938年，伊伦·居里和萨维基在中子轰击的铀中，测得了一种半衰期为 3.5小时的新的放射性核素。它的化学性质和稀土元素镧十分相似，起 初假定它是锕的放射性同位素。进一步发现，这种放射性同位素可用 化学方法把它和锕分离，却不能与镧分开。 裂变现象的发现 1938.12 Otto Hahn 和Fritz Strassman 以精确的化学分析证实中子轰击U 的产物中有139 140 Ba和 La 。 奥托·哈恩1944年诺贝尔化学奖。