α衰变
238 92
U Th He
234 90 4 2

β衰变
3 1
H He
3 2


γ衰变核素不会变化，只改变原子核内部状态。 γ射线与X射线相似，它是一种波长更短，能量 更高的电磁波。
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核科学与技术概论
放射性同位素的半衰期


放射性同位素通过发射各种射线使原子 核发生转变（衰变），这种过程的快慢 用衰变的半衰期表示。 放射性同位素的原子核数目衰减为初始 值一半时所需要的时间，为半衰期。
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核科学与技术概论
原子能的释放

一个铀-235原子核受一个中子轰击后能 分裂为两块碎片（中等质量的原子核）， 同时放出2～3个中子和大量的能量，放 出的能量比化学反应中释放出的能量大 得多，这就是核裂变能，也就是我们所 说的核能。
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核科学与技术概论
原子能的释放
1 0Байду номын сангаас

n U Kr Ba 2 n E
到2003年底，全世界核电总装机容量达 到3.6亿千瓦，发电量占总发电量的 16~17％; 80年代以后基本保持原来水平; 美国核电已占全国发电量的22%; 法国核电已占全国发电量的78%。
16
核科学与技术概论
中国核电发展


2003 年 核 电 发 电 量 占 全 国 总 发 电 量 的 2.2%。 目前核电装机容量913万千瓦，仅占全国 发电装机总容量的2％左右。


教学目的
了解核领域 建立初步概念 热爱本专业

10
核科学与技术概论
3. 课程参考资料




连培生，原子能工业，原子能出版社， 2002年。 马栩泉，核能开发与应用，化学工业出 版社，2005年。 刘洪涛，人类生存发展与核科学，北京 大学出版社，2001年。 罗上庚，走近核科学技术，原子能出版 社，2005年。
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核科学与技术概论
核技术应用


目前发达国家，核技术应用的产值已占GDP 的0.5%~1%。美国已占GDP的3.5%~4%。 美国1997年核技术应用产业的经济效益高 达1190亿美元，比核电的经济效益（390亿 美元）还高2倍。
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核科学与技术概论
核技术应用（中国）



上世纪90年代后，我国的核技术应用步入 了产业化快速发展阶段，在工业、农业、 医学等领域得到广泛应用。 “十五”期间，我国核应用技术产业保持 了年均18％的增长率速度。 目前总产值达400亿元，约占国内生产总值 的0.4％。
1. 课程内容(2/3)

核技术及其应用

核分析技术 检测用核技术 辐射加工 核技术在医学中的应用
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核科学与技术概论
1. 课程内容(3/3)

核武器 辐射防护与环境保护

辐射探测与防护 核设施退役 放射性废物处理与处置
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核科学与技术概论
2. 课程特点与目的

特点
覆盖面宽 内容精短 多位老师上课
核能科学 与工程
核燃料循环 与材料
核技术 及应用
辐射防护 及环境保护
3
核科学与技术概论
西安交通大学核学科
一级学科博士点 二级学科博士点
核科学 与技术
工程硕士专业
核能科学 与工程
本科专业：
核燃料循环 与材料
核技术 及应用
辐射防护 及环境保护
核能与 核技术工程
核工程与核技术（陕西省名牌专业）
4
核科学与技术概论
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核科学与技术概论
核科学发展（中国）

1958年第一座反应堆和第一台加速器建 成； 1964年成功实现第一次原子弹爆炸； 1967年成功实现第一次氢弹爆炸； 1971年第一艘核潜艇下水试航成功； 1991年第一座自行设计和建造的核电厂 并网发电。
15
核科学与技术概论
核电发展


20
核科学与技术概论
核武器对国家安全的作用



1939年发现原子核裂变现象，这一新的核 科学成就立刻就被用于军事目的，制成了 具有大规模杀伤和破坏作用的武器－原子 弹； 核以狰狞的面目面对人类，所以才有“谈 核色变”影响至今； 由于有强大的威慑力，也给我们带来了安 宁。
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核科学与技术概论
核科学基础知识
西安交通大学
能源与动力工程学院
核科学与技术学院
核能与热能工程系
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核科学与技术概论
概论课主要内容与特点
6
核科学与技术概论
1. 课程内容(1/3)

绪论 核能


核反应堆分类、原理及用途 核电厂及其发展 可移动核能装置 核材料 核燃料与核燃料循环
7

核材料与核燃料循环

核科学与技术概论
链式核裂变反应
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核科学与技术概论
自持链式核裂变反应
以中子为媒介而维持的自持裂变反应。 例如U-235核吸收一个中子后发生裂变，同 时平均放出2～3个中子，除去损耗，如果 还有一个中子能引起另一个U-235核发生裂 变，则可使裂变自持地进行下去。 原子裂 变自持链式反应的概念就是这样提出来的， 它是利用原子核裂变能的重要理论基础。
22
核科学与技术概论



1895年，德国物理学家伦琴发现X射线。 1896年，法国物理学家贝克勒尔偶然地发 现了含铀(U)的矿物晶体能使用纸包着的照 相底片感光。研究发现含铀的物体才能发出 这种具有穿透能力的射线，它不是X射线， 他称这种射线为放射性射线。 能发射放射性射线的元素为放射性元素。 这种发射放射性射线的性质称为放射性。 放射性的发现被看成是核科学的开端。
30
核科学与技术概论
铀-235的原子结构

一个铀-235 原子有92个 电子，其原 子核由92个 质子和143个 中子组成。
31
核科学与技术概论
原子核结合能


在原子核中，中子不带电，质子带正电，同性 要相斥，把中子和质子紧箍在一个非常小的空 间存在着一股巨大的力，科学家称为核力（比 电磁力大130倍）。它只在原子核直径（1013cm）的很小范围内起作用。 当质子和中子重新组成新原子核时，核力的强 大作用使核子间排列的更加紧密，会出现质量 减少和放出能量的情况，这种放出的能量被称 为原子核结合能。
235 92 90 36 144 56 1 0
裂变反应之一； 裂变碎片氪和钡； 2～3个中子； 用公式可以算出:E=200MeV。极小 的质量转化成极大的能量。
36
核科学与技术概论
核裂变反应

铀235（或钚239）在中子的轰击下分裂成为两 个（极度少数情况下会是三个）较轻的原子核 （它们常常有放射性），同时放出2～3个自由 中子，并释放巨大的能量，这个反应过程称为 核裂变反应。核裂变放出的中子有三条出路： （1）飞走； （2）被无效吸收，不引起新的裂变； （3）被原子核吸收引起新的裂变。
界。
43
核科学与技术概论
核反应堆中的中子代关系
44
核科学与技术概论
轻核聚变反应


两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核， 同时放出巨大的能量，这种反应叫轻核聚变反 应。它是取得核能的重要途径之一。在太阳等 恒星内部，因压力、温度极高，轻核才有足够 的动能去克服静电斥力而发生持续的聚变。自 持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进 行，故称为热核聚变反应。 氢弹是利用氘氚原子核的聚变反应瞬间释放巨 大能量起杀伤破坏作用，正在研究受控热核聚 变反应装置也是应用这一基本原理，它与氢弹 的最大不同是，其释放能量是可以被控制的。
46
核科学与技术概论
D-T聚变反应
47
核科学与技术概论
国际热核聚变实验堆（ITER）
International Thermonuclear Experimental Reactor
32
核科学与技术概论
原子核结合能

爱因斯坦相对论指出：质量和能量的可 以相互转化，质量消失，会产生能量。 原子核质量亏损所释放出的结合能可以 计算
E = mc
2
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核科学与技术概论
原子能

原子能即核能，是核结构发生变化时放 出的原子核结合能。在实用上指重核裂 变或轻核聚变时所放出的巨大能量。物 质所具有的原子能比化学能大几百万倍 以至一千万倍以上。
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核科学与技术概论
广泛应用的核技术



工业：检测与分析、物质改性与辐射加工等； 农业：辐射育种、食品保鲜、防治虫害及同位 素示宗等； 医学：核技术诊断、放射性同位素外照射治疗 以及放射性药物治疗等； 地质：考古、探矿、石油测井等； 科学研究：用同位素和电离辐射提供多种分析 和研究的手段。
核科学与技术概论
——核科学基础知识
张建民
zhangjm@
核科学与技术概论
主要内容


核科学与技术学科结构 概论课主要内容与特点 核科学发展及对人类的贡献 核科学基础知识 核科技人才的历史责任
2
核科学与技术概论
核科学与技术学科结构
一级学科
核科学 与技术
二级学科
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放射性
核科学与技术概论
放射性与原子



卢瑟福关于放射性的研究工作确立了放射性射 线是发自原子内部。而且通过发射射线，一种 元素会转变为另一种元素。这一发现打破了元 素不会变化的传统观念，使人们对物质结构的 研究进入到原子内部这一新的层次。 放射性射线带正电的成分（α 射线，形成射线 的粒子称为α粒子）为带两个正电荷的氦离子。 用放射性射线研究原子结构，发现了原子核、 中子和人工核反应以及人工放射性元素。