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恩里科·费米和核反应堆

快捷方式: 差异相似杰卡德相似系数参考

恩里科·费米和核反应堆之间的区别

恩里科·费米 vs. 核反应堆

恩里科·费米(Enrico Fermi;),美籍意大利裔物理学家。他对量子力学、核物理、粒子物理以及统计力学都做出了杰出贡献,并参与创建了世界首个核反应堆,芝加哥1号堆。他还是原子弹的设计师和缔造者之一。 费米拥有数项核能相关专利,并在1938年因研究由中子轰击产生的感生放射以及发现超铀元素而获得了诺贝尔物理学奖。他是物理学日渐专门化后少数几位在理论方面和实验方面皆能称作佼佼者的物理学家之一。 费米在统计力学领域做出了他第一个重大理论贡献。物理学家沃尔夫冈·泡利1925年提出了泡利不相容原理。费米依据这一原理对于理想气体系统进行了分析,所得到的统计形式现在通常称作费米–狄拉克统计。现在,人们将遵守不相容原理的粒子称为“费米子”。之后,泡利又对β衰变进行了分析。为使这一衰变过程能量守恒,泡利假设在产生电子时同时会产生一种电中性的粒子。这种粒子当时尚未观测到。费米对于这一粒子的性质进行了分析,得出了它的理论模型,并将其称为“中微子”。他对β衰变进行理论分析而得到的理论模型后来被物理学家称作“”。这一理论后来发展为弱相互作用理论。弱相互作用是四种基本相互作用之一。费米还对由中子诱发的感生放射进行了实验研究。他发现慢中子要比快中子易于俘获,并推导出来描述这一放射过程。在用慢中子对钍核以及铀核进行轰击后,他认为他得到了新的元素。尽管他因为这一发现而获得了诺贝尔物理学奖,但这些元素后来被发现只是核裂变产物。 费米1938年逃离意大利,以避免他的夫人劳拉因为犹太裔出身而受到新通过的波及。他移民至美国,并在第二次世界大战期间参与曼哈顿计划。费米领导了他的团队设计并建造了芝加哥1号堆。这个反应堆1942年12月2日进行了,完成了首次人工自持续链式反应。他之后着手建造位于田纳西州橡树岭的和漢福德區的。这两个反应堆先后于1943年和1944年进行了临界试验。他还领导了洛斯阿拉莫斯国家实验室的F部,致力于实现爱德华·泰勒设计的利用热核反应的“”。1945年7月16日,费米参与了三位一体核试,并利用自己的方法估算了爆炸当量。 战后,费米参与了由罗伯特·奥本海默领导的一般顾问委员会,向美国原子能委员会提供核技术以及政策方面的建议。在得知苏联1949年8月完成了首次原子弹爆炸试验后,费米从道德以及技术层面都极力反对发展氢弹。他1954年在上为奥本海默作证。但奥本海默最终仍是被剥夺了。费米对于粒子物理,特别是π介子以及μ子的相关理论,做出了重要贡献。他推测宇宙射线产生于星际空间中受磁场作用加速的物质。在他身后,有许许多多以他的名字命名的奖项、事物以及研究机构,其中包括:恩里科·費米獎、恩里科·费米研究所、费米国立加速器实验室、费米伽玛射线空间望远镜、以及元素镄。. 核反应堆(nuclear reactor)是一种启动、控制并维持核裂变或核聚變链式反应的装置。相对于核武爆炸瞬间所发生的失控链式反应,在反应堆之中,核变的速率可以得到精确的控制,其能量能够以较慢的速度向外释放,供人们利用。 核反应堆有许多用途,当前最重要的用途是产生热能,用以代替其他燃料加热水,产生蒸汽发电或驱动航空母舰等设施运转。一些反应堆被用来生产为医疗和工业用途的同位素,或用于生产武器级钚。一些反应堆运行仅用于研究。当前全部商业核反应堆都是基于核裂变的。今天,在世界各地的大约30个国家里有被用于发电的大约450个核反应堆。.

之间恩里科·费米和核反应堆相似

恩里科·费米和核反应堆有(在联盟百科)15共同点: 中子中子减速剂中子源石墨美國能源部芝加哥1号堆芝加哥大学链反应核反应核聚变核裂变放射性

中子

| magnetic_moment.

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中子减速剂

中子减速剂(Neutron moderator,又称中子慢化剂)在一般情况下,可裂变核发射出的中子的飞行速度比可被裂变核捕获的中子速度要快,因此为了产生链式反应,就必须要将中子的飞行速度降下来,这时就会使用中子减速剂。 石墨中的碳元素,以及水中的氢元素都能起到慢化作用。因此通常用于热中子反应堆慢化剂的有三种材料.

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中子源

中子源是能释放出中子的装置。中子源有很多种,从手持放射性源到中子研究设施的研究堆和裂变源。根据中子的能量、中子通量、设备的大小、花费和政府的管制,这些装置在物理、工程、医药、核武器、石油勘探、生物、化学、核动力和其他工业中有着广泛的用途。.

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石墨

石墨(Graphite),又稱黑鉛(Black Lead),是碳的一種同素異形體(碳的其他同素異形體有很多,為人熟悉的例如鑽石)。作为最軟的礦物之一,石墨不透明且觸感油膩,顏色由鐵黑到鋼鐵灰不等,形狀可呈晶體狀、薄片狀、鱗狀、條紋狀、層狀體,或散佈在變質岩(由煤、碳質岩石或碳質沉積物,受到區域變質作用或是岩漿侵入作用形成)之中。化学性质不活泼,具有耐腐蚀性。.

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美國能源部

美國能源部(United States Department of Energy)主要負責美國聯邦政府能源政策制定,能源行業管理,能源相關技術研發、武器研製等。.

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芝加哥1号堆

芝加哥1号堆(Chicago Pile-1)是人類歷史上第一個核子反應爐, Argonne National Laboratory, Argonne National Laboratory,屬於二戰期間美國曼哈頓計畫的一部分,恩里科·費米於1942年在芝加哥大學負責設計建造,輸出功率為0.5W。费米描述的设备为“粗制的一堆黑色砖块和木料”。它是由大量石墨和铀,镉,铟和银的“控制棒”,并且不像大多数随后的核反应堆,它没有辐射屏蔽或冷却系统。 这个地点现在是一个美国国家历史名胜和芝加哥地标。.

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芝加哥大学

芝加哥大学(University of Chicago),简称芝大(UChicago),位于美国伊利诺伊州芝加哥,是世界著名私立研究型大学,常年位列各大学排行榜世界前十。 芝加哥大学1890年由石油大王约翰·洛克菲勒创办,是美国大学协会的创始会员之一。芝加哥大学包括本科学院以及由4个系、6所职业学院和1所继续教育学院组成的各种研究生项目和跨学科委员会,并拥有约5000名本科生和10,000名研究生。 芝加哥大学的学者和研究人员在众多人文社科领域均开创了“芝加哥学派”,其中包括著名的“芝加哥经济学派”和“芝加哥社会学派” ;芝加哥大学还是法律经济学的诞生地,是经济学、社会学、法学、人类学等学科全球最重要的研究教学中心之一。 而从曼哈顿计划开始,大批科学家汇集于芝大,在“原子能之父”恩里科·费米的领导下建立了世界上第一台可控核反应堆(”芝加哥一号堆”)、成功开启了人类的原子能时代,并创立了美国第一所国家实验室阿贡国家实验室和之后著名的费米实验室,进而奠定了芝大在自然科学界的重要地位。 截止至2017年,芝加哥大学有97位教师和校友曾获得诺贝尔奖,位列世界第四。另有9位菲尔兹奖得主 、4位图灵奖得主、22位普利策奖得主在芝大工作或学习过,还有15位教授荣获过美国国家科学奖章,现任教授中有近70位美国国家科学院(44位)、美国国家工程院(9位)和美国国家医学院院士(14位)。美国第44任总统奥巴马曾长期在芝大法学院任教(1992-2004年)。 芝加哥大学是培养华人精英的两个摇篮和聚集地之一(另一个是柏克萊加州大學)。芝加哥大学培养了李政道、杨振宁和崔琦三个华人诺贝尔奖得主(其中,李政道和杨振宁实现华人诺奖零的突破),著名华裔政治家、中华民国前副总统、中國國民黨前主席连战,著名法学家梅汝璈,著名医学家吴阶平,著名物理学家叶企孙,著名气象学家郭晓岚,保釣運動健將林孝信教授,世界银行前高级副总裁林毅夫等等亦毕业于芝加哥大学或曾在芝大学习。诺贝尔化学奖得主李远哲、数学家陈省身等也曾长期在芝加哥大学任教。.

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鈾(Uranium)是一種銀白色金屬化學元素,屬於元素週期表中的錒系,化學符號為U,原子序為92。每個鈾原子有92個質子和92個電子,其中6個為價電子。鈾具有微放射性,其同位素都不稳定,并以鈾-238(146個中子)和鈾-235(143個中子)最为常见。鈾在天然放射性核素中原子量第二高,仅次于钚。其密度比鉛高出大約70%,比金和鎢低。天然的泥土、岩石和水中含有百萬分之一至百萬分之十左右的鈾。採礦工業從瀝青鈾礦等礦物中提取出鈾元素。 自然界中的鈾以三种同位素的形式存在:鈾-238(99.2739至99.2752%)、鈾-235(0.7198至0.7202%)、和微量的鈾-234(0.0050至0.0059%)。鈾在衰變的時候釋放出α粒子。鈾-238的半衰期為44.7億年,鈾-235的則為7.04億年,因此它们被用于估算地球的年齡。 鈾獨特的核子特性有很大的實用價值。鈾-235是唯一自发裂變的同位素。鈾-238在快速中子撞擊下能夠裂變,屬於增殖性材料,即能在核反應爐中經核嬗變成為可裂變的鈈-239。鈾-233也是一種用於核科技的可裂變同位素,可從自然釷元素製成。鈾-238自發裂變的機率极低,快中子撞擊可诱导其裂變;鈾-235和233可被慢中子撞击而裂变,如果其质量超过临界质量,就都能夠維持核連鎖反應,在核反应过程中的微小质量损失会转化成巨大的能量。这一特性使它们可用于生产核裂变武器与核能发电。耗尽后的鈾-235发电原料被称为貧鈾(含238U),可用做钢材添加剂,製造贫铀弹和裝甲。.

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鈽(Plutonium,--)是原子序数94、元素符號為Pu的放射性超鈾元素。它屬於錒系金屬,外表呈銀白色,接觸空氣後容易腐蝕、氧化,在表面生成無光澤的二氧化鈽。鈽有六种同素異形體和四種氧化態,易和碳、鹵素、氮、矽起化學反應。鈽暴露在潮濕的空氣中時會產生氧化物和氫化物,其體積最大可膨脹70%,屑狀的钚能自燃。它也是一种放射性毒物,会於骨髓中富集。因此,操作、處理鈽元素具有一定的危險性。 鈽是天然存在於自然界中質量最重的原子。它最穩定的同位素是鈽-244,半衰期約為八千萬年,足夠使鈽以微量存在於自然環境中。 鈽最重要的同位素是鈽-239,半衰期為2.41萬年,常被用來製造核子武器。鈽-239和鈽-241都易于裂變,即它們的原子核可以在慢速熱中子撞擊下產生核分裂,釋出能量、伽馬射線以及中子輻射,從而形成核連鎖反應,並應用在核武器與核反應爐上。 鈽-238的半衰期為88年,並放出α粒子。它是放射性同位素熱電機的熱量來源,常用於驅動太空船。 鈽-240自發裂變的比率很高,容易造成中子通量激增,因而影響了鈽作為核武及反應器燃料的適用性。 分離鈽同位素的過程成本極高又耗時費力,因此鈽的特定同位素時幾乎都是以特殊反應合成。 1940年,格倫·西奧多·西博格和埃德溫·麥克米倫首度在柏克萊加州大學實驗室,以氘撞擊鈾-238而合成鈽元素。麥克米倫將這個新元素取名Pluto(意為冥王星),西博格便開玩笑提議定其元素符號為Pu(音類似英語中表嫌惡時的口語「pew」)。科學家隨後在自然界中發現了微量的鈽。二次大戰時曼哈頓計劃則首度將製造微量鈽元素列為主要任務之一,曼哈頓計劃後來成功研製出第一個原子彈。1945年7月的第一次核試驗「三一试验」,以及第二次、投於長崎市的「胖子原子彈」,都使用了鈽製作內核部分。關於鈽元素的人體輻射實驗研究並在未經受試者同意之下進行,二次大戰期間及戰後都有數次核試驗相關意外,其中有的甚至造成傷亡。核能發電廠核廢料的清除,以及冷戰期間所打造的核武建設在核武裁減後的廢用,都延伸出日後核武擴散以及環境等問題。非陸上核試驗也會釋出殘餘的原子塵,現已依《部分禁止核試驗條約》明令禁止。.

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鈹(舊譯作鋍、鑉、鋊)是一種化學元素,符號為Be,原子序為4,屬於鹼土金屬。鈹通常在宇宙射线散裂過程中產生,是宇宙中較為稀有的元素之一。所有自然界中的鈹都與其他元素結合,形成礦物,如綠柱石(海藍寶石、祖母綠)和金綠寶石等。單質鈹呈鋼灰色,輕、硬而易碎。 在鋁、銅、鐵和鎳中加入鈹作為合金材料,可以加強其物理性質。用鈹銅合金製成的工具十分堅硬,在敲擊鋼鐵表面時也不會產生火花。由於鈹的抗彎剛度、熱穩定性、熱導率都很高,密度卻很低(只有水的1.85倍),所以適合做航空航天材料,用於導彈、航天器和衛星之中。X射線等電離輻射能夠穿透低密度和低原子量的鈹,所以在X光儀器和粒子物理學實驗中都常用鈹作為窗口材料。鈹和氧化鈹可以很好地傳導熱量,因此被用於控制器械的溫度。 在處理鈹的時候,必須使用適當的措施控制粉塵,因為吸入含鈹粉塵會引致可致命的慢性過敏性鈹中毒。.

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链反应

链反应(或連鎖反應、鏈式反應,Chain reaction)是指反应的产物或副产物又可作为其他反应的原料,从而使反应反复发生。在化学中,链反应通常指光、热、辐射或引发剂作用下,反应中交替产生活性中间体(如自由原子或自由基),从而使得反应一直进行下去。它是由基元反应组合成的更加复杂的复合反应。 以\rm H_2+Cl_2 \rightarrow 2HCl 这个反应为例,反应中产生的Cl·可以与H2反应生成H·,而H·又可与Cl2反应生成Cl·,如此往复进行,使反应一直延续下去。 产生活性中间体的过程称为链引发,活性中间体与反应物分子反复作用生成产物的过程称为链增长或链传递,活性中间体最后湮灭的过程称为链终止。一个活性中间体只能产生一个新的活性中间体的反应称为直链反应,可以产生两个或多个新的活性中间体的反应称为支链反应。(注意与有机化学中的定义相区别!) 单质化合生成氯化氢以及大多数的聚合反应都是直链反应。.

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核反应

核反应指的是某种微观粒子与原子核相互作用(碰撞)时,使核的结构发生变化,形成新核,放出一个或几个粒子的过程;重核可以发生裂变。 从原子物理学上来说,参与核反应碰撞的粒子数目可以超過两个,但因三个以上的粒子在同一时间在同一位置相撞的几率远低于两个粒子,因此实际上这种情况几乎不会出现。(從\mathrm.

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核聚变

--,是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核(或粒子)的一种核反应形式。在此过程中,物质没有守恒,因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为光子(能量)。核聚变是给活跃的或“主序的”恆星提供能量的过程。 两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量,两个轻核在发生聚变时因它们都带正电荷而彼此排斥,然而两个能量足够高的核迎面相遇,它们就能相当紧密地聚集在一起,以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应,这个反应叫做核聚变。 舉個例子:两个質量小的原子,比方說兩個氚,在一定条件下(如超高温和高压),會发生原子核互相聚合作用,生成中子和氦-4,并伴随着巨大的能量释放。 原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E.

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核裂变

核裂变(;),--,是指由較重的(原子序数較大的)原子,主要是指鈾或鈽,分裂成较輕的(原子序数较小的)原子的一種核反應或放射性衰變形式。核裂变是由莉澤·邁特納、奥托·哈恩及奥托·罗伯特·弗里施等科學家在1938年發現。原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变。早期原子彈應用鈽-239為原料製成。而鈾-235裂變在核電廠最常見。 重核原子經中子撞擊後,分裂成為兩個較輕的原子,同時釋放出數個中子,並且以伽马射线的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子,從而形成鏈式反應而自發分裂。原子核分裂時除放出中子還會放出熱,核電廠用以發電的能量即來源於此。因此核裂变產物的結合能需大於反應物的的結合能。 核裂变會將化學元素變成另一種化學元素,因此核裂变也是核遷變的一種。所形成的二個原子質量會有些差異,以常見的可裂变物质同位素而言,形成二個原子的質量比約為3:2。大部份的核裂变會形成二個原子,偶爾會有形成三個原子的核裂变,稱為,大約每一千次會出現二至四次,其中形成的最小產物大小介於質子和氬原子核之間。 現代的核裂变多半是刻意產生,由中子撞擊引發的人造核反應,偶爾會有自發性的,因放射性衰變產生的核裂变,後者不需要中子的引發,特別會出現在一些質量數非常高的同位素,其產物的組成有相當的機率性甚至混沌性,和质子发射、α衰變、等單純由量子穿隧產生的裂变不同,後面這些裂变每次都會產生相同的產物。原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变。核燃料是指一物質當中子撞擊引發核裂变時也會釋放中子,因此可以產生鏈式反應,使核裂变持續進行。在核电站中,其能量產生速率控制在一個較小的速率,而在原子彈中能量以非常快速不受控制的方式釋放。 由於每次核分裂釋放出的中子數量大於一個,因此若對鏈式反應不加以控制,同時發生的核分裂數目將在極短時間內以幾何級数形式增長。若聚集在一起的重核原子足夠多,將會瞬間釋放大量的能量。原子彈便應用了核分裂的這種特性。製成原子彈所使用的重核含量,需要在90%以上。 核能發電應用中所使用的核燃料,鈾-235的含量通常很低,大約在3%到5%,因此不會產生核爆。但核電廠仍需要對反應爐中的中子數量加以控制,以防止功率過高造成爐心熔毀的事故。通常會在反應爐的慢化劑中添加硼,並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核分裂速度。從鎘以後的所有元素都能分裂。 核分裂時,大部分的分裂中子均是一分裂就立即釋出,稱為瞬發中子,少部分則在之後(一至數十秒)才釋出,稱為延遲中子。.

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放射性

放射性或輻射性是指元素從不稳定的原子核自发地放出射线,(如α射线、β射线、γ射线等)而衰变形成穩定的元素而停止放射(衰变产物),這種現象稱為放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量。原子序數在83(鉍)或以上的元素都具有放射性,但某些原子序數小于83的元素(如锝)也具有放射性。而有趣的是,從原子序84開始一直到鉳元素有以下特性:原子序是偶數的,半衰期都比相邻的长。这是由於原子序数为偶數的元素的原子核含有適當數量的質子和中子,能够形成有利的配置結構。〈即魔數〉 對單一原子來說,放射性衰变依照量子力學是隨機過程,無法預測特定一個原子是否會衰变。不過原子衰变的機率不會隨著原子存在的時間長短而改變。對大量的原子而言,可以用量測衰變常數計算衰變速率及半衰期。其半衰期沒有已知的時間上下限,範圍可以到55個數量級,短至幾乎瞬間,長至久於宇宙年齡。 有許多種不同的放射性衰变。衰变或是能量的減少都會使有某種原子核的原子(父放射核素)轉變為有另一種原子核的原子,或是其中子或質子的數量不同,稱為子體核素。在一些衰变中,父放射核素和子體核素是不同的化學元素,因此衰变後產生了新的元素,這稱為核嬗变。 最早發現的衰变是α衰變、β衰變、γ衰變。α衰變是原子核放出α粒子(氦原子核),是最常見釋放核子的衰變,不過原子核偶爾也會釋放質子,或者釋放其他特殊的核子(稱為)。β衰變是原子核釋放電子(或正子)及反微中子,會將質子轉變為中子(或是將中子轉變為質子) 。核子也可能捕獲軌道上的電子,使質子轉變為中子,這為電子捕獲,上述的衰变都屬於核嬗变。 相反的,也有一些核衰变不會產生新的元素,受激態原子核的能量以伽馬射線的方式釋出,稱為伽馬衰变,或是將激发态原子核将能量转移至轨道电子上,轨道电子再脱离原子,稱為。若是核子中有大量高度受激的中子,有時會以中子發射的方式釋放能量。另外一種核衰变是將原來的原子核變為二個或多個較小的原子核,稱為自發性的核分裂,出現在大量的不穩定核子自發性的衰变時,一般也會釋放伽馬射線、中子或是其他粒子。 著名的例子像是鈾和釷,但也包括在自然界中,半衰期長的同位素,例如钾-40。例如15種是半衰期短的同位素,像鐳及氡,是由衰變後的產物,也有因為而產生的,像碳-14就是由宇宙射線撞擊氮-14而產生。放射性同位素也可能是因為粒子加速器或核反應爐而人工合成,其中有650種的半衰期超過一小時,有數千種的半衰期更短。.

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恩里科·费米和核反应堆之间的比较

恩里科·费米有219个关系,而核反应堆有85个。由于它们的共同之处15,杰卡德指数为4.93% = 15 / (219 + 85)。

参考

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