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核化学、核物理与裂变聚变研究的进展

第一篇：核化学、核物理与裂变聚变研究的进展核化学、核物理与核裂变、核聚变研究的进展谢玺（西北农林科技大学创新实验学院）I.某些放射性元素及稳定岛效应简介①.稳定岛效应：从锕系元素最稳定同位素的半衰期渐次降低以及第一个超锕系元素114号元素鈩的半衰期仅为0.30.1s的事实看，超锕系元素的合成将会越来越困难。然而早在20世纪七十年代，科学家们提出了稳定岛理论。这种理论认为114号元素附近存在一个相当稳定的核素群。这个理论极大的鼓舞了合成超铑元素的热情。稳定岛理论预言118号元素较为稳定，是稳定岛上的元素。虽然至今仍未合成118号元素，但仍见到，已经合成的超锕系核素正好位于此理论预言的不稳定核素海洋区。②.某些放射性元素简介锕系元素：钍（Th）：原子序数90，天然放射性元素，1828年瑞典化学家贝采里乌斯首先发现。现已发现质量数212∽236的所有同位素，其中232Th是最稳定的同位素，半衰期1.4×10年。钍及10其化合物在核能，航空航天，电子工业等有重要应用。其中在增殖反应堆中有重要作用及广阔前景。钚（Pu）：原子序数94，人工放射性元素，1940年首先用加速器制的。其中239244Pu是最稳定的同位素，半衰期8.2×10年。7Pu为最重要的核素，可用于制造原子弹。钚是极毒元素，有自然危险，可用来制作放射性同位素电池，广泛用于宇宙飞船、人造卫星等的电源。锎（Cf）世界上最昂贵的东西98，人工放射性元素。1958年，美国加州大学伯克利分校首次发现锎。锎能连续放出大量中子，尤其是52Cf，1μg252Cf一分钟内可释放17亿个中子，可用于核电站启动中子源棒和制造小型原子弹。锎难以合成，故其价格十分昂贵，据统计1952到1971二十年间全世界共合成了2g锎，到现在为止也仅合成了200g锎。超銠元素：Uuq：原子序数114，1998年合成于俄罗斯杜布纳联合核子研究所，得到预言。289Uuq,半衰期长达30s，似乎正在证实稳定岛理论的II.常温核聚变的研究进展1989年，英国教授弗莱希曼和美国教授旁斯在常温下实现核聚变反应的结果公布后引发了一场全球性的大争论，但多数科学家成怀疑甚至否定的态度。我国著名科学家苟清泉教授在与钱学森和陈能宽院士交流后，将自己的想法想朱光亚院士作了汇报。在经过多年的实验与机理探索后，苟清泉教授提出了初步理论，阐明了冷聚变是可能实现的。这个机理指出，当重氢原子被钯吸收后，进入钯晶体八面体晶格的间隙位置。此时氢原子受到周围六个钯原子核的吸引，使其电子云扩展开来，与氢原子核的结合变弱，行动相对更为自由。而且此时重氢核沉浸在钯的电子云中大大屏蔽了相邻两个重氢核间的库伦斥力作用，且重氢核在晶体中振动频率很高，因而原子核近程碰撞的速率大大提高了，易产生核聚变。目前冷聚变的瓶颈问题是材料的瓶颈，只要设法合成出PdD或TiD2,就极有可能实现冷聚变。III.新式反应堆的探索①.裂变-聚变混合堆：FEB即为聚变实验增殖堆，是我国863计划中核能部分研究的三种堆型之一，另两种为快中子堆和高温气冷堆。高温气冷堆已由清华大学设计和研制完成，正在山东石岛湾修建，其具有高效率，很安全，小型化的特点。快中子堆有中国原子能科学研究院设计研制并筹建，还在去年与俄罗斯签订了合作协议。但快中子堆初投燃料全性的关切很大。而裂变-聚变混合堆不需初投料，当其聚变堆被控制而熄灭，则中子链式反应立即停止，是较为安全的。因为其也能增值核燃料，故一旦成功有望很快取代快中子堆。此项技术需要很高的超导技术，随着我国自主研发的ESTA——世界上第一个非圆截面全超导托卡马克的投入运行，和原世界第二大超导托卡马克装置T7(我国有较高程度的自主知识产权）的配合，我国在全超导聚变——裂变技术上一定会实现大跨步的发展。聚变堆中心产生的超快中子若在核包层仅起核反应239Pu比例较大，人们对其安n+Li→4He+T+4.8Mev6并回收氚以外，中子便被减速而迅速回收热能，这便是纯聚变堆，但这对于核能的利用来说是巨大的浪费。人们考虑在聚变堆芯外的核包层中加入天然的则为混合堆，使核能得到充分的利用。232Th或238Ui.聚变快中子直接令238U裂变，并可与237U、239U反应也使中子增殖，中子总倍增数有望达到3.n(14.05Mev)+238U→X1+X2+μn+200Mevii.生产核裂变原料233U与239Pu.或增值出的高能中子更有效地使核燃料燃烧并产生更少的核废料，再从中回收氚。n+②.核爆氘—氘聚变能电站：液态氘为原料的核爆炸可放出4.19×10J能量，相当于1千万tTNT爆炸的能量，若将这些16232Th→233Un+238U→239Pu能量的百分之三十五转化为电能够使1Gwe标准电站运行半年。人们一直梦想着核聚变放能可被人们利用