之间核裂变和钚相似
核裂变和钚有(在联盟百科)20共同点: 原子序数,半衰期,同位素,三硝基甲苯,化學元素,衰變鏈,質子,鈾,鈾-235,鈾-238,钡,臨界質量,自發裂變,核反应堆,核動力,核連鎖反應,核武器,氘,放射性,曼哈顿计划。
原子序数
原子序数(Atomic Number)是一个原子核内质子的数量,因此也稱質子數,也等於原子電中性時的核外電子數。拥有同一原子序的原子属于同一化学元素。原子序数的符号是Z。 通常原子序数标在元素符号的左下方: 1H是氢,8O是氧。 但特定元素的原子序总是确定的,因此这个值很少这样写。 德米特里·门捷列夫在制定其元素周期表时发现,假如将元素按其原子核质量来排列会出现一些不规则的情况。比如碲的原子核比碘重,但从化学性能上来说,碲明显是与氧、硫、硒一族的,而碘与氟、氯、溴是一族的,也就是说,碘要排在碲之后。1913年亨利·莫塞莱发现这个异常的解决方法是不按原子重量,而按原子核的电荷数,即原子序来排列。 然而原子序数亦有负数,反氢记作-1H,反氦记作-2He。.
半衰期
半衰期(Half-life)是指某種特定物質的浓度经过某种反应降低到剩下初始时一半所消耗的時間,半衰期是研究反应动力学的一个容易测定的重要参数,数学上可以证明,只有一级反应的半衰期是恒定的数值,且知悉一个一级反应的半衰期便可以计算出该反应的所有动力学参数,所以人们通常只关心一级反应的半衰期。常见的一级反应有:放射性核素的衰变、一级化学反应、药物在体内的吸收和代谢等。.
同位素
同位素(Isotope)是某種特定化學元素之下的不同種類,同一種元素下的所有同位素都具有相同原子序數,質子數目相同,但中子數目卻不同。這些同位素在化學元素週期表中佔有同一個位置,因此得名。 例如氫元素中氘和氚,它們原子核中都有1個質子,但是它們的原子核中分別有0個中子、1個中子及2個中子,所以它們互為同位素。.
三硝基甲苯
2,4,6-三硝基甲苯(英文:Trinitrotoluene,縮寫:TNT)常见炸藥之一,至今仍大量应用在军事和工业领域上。它的IUPAC命名是2-甲基-1,3,5-三硝基苯(2-methyl-1,3,5-trinitrobenzene),由甲苯经过硝化製成,熔點為354 K(80.9°C)。由于呈黄色晶體狀,所以與苦味酸一同被俗稱為「黃色炸藥」。和硝酸銨可成為阿馬托炸藥。 與硝化甘油不同,精煉的三硝基甲苯對於摩擦、震動都十分稳定。即使被枪击,也不易爆炸。它需要雷管引爆。TNT不會與金屬起化學作用或者吸收水份。因此它可以存放多年。但它與鹼強烈反應,生成不穩定的化合物。 TNT爆炸反應式:2C7H5N3O6 → 12CO + 5H2 + 3N2 + 2C 每公斤TNT炸藥可產生4200千焦的能量。虽然三硝基甲苯的能量密度比脂肪(38MJ/kg)和糖(17MJ/kg)小,但它的分子中有三个硝基作为氧化剂,不需要大氣中的氧氣,所以引爆时会产生大量气体,产生爆炸。現今有關爆炸和能量釋放的研究,也常常用「公斤黃色炸藥」或「噸黃色炸藥」作為單位,以比較爆炸、地震、行星撞擊等大型反應時所釋出的能量。.
化學元素
化學元素指自然界中一百多种基本的金属和非金属物质,同一種化學元素是由相同的原子組成,也就是其原子中的每一核子具有同样数量的質子,用一般的化学方法不能使之分解,并且能构成一切物质。一些常見元素的例子有氫、氮和碳。 原子序數大於82的元素(即鉛之後的元素)沒有穩定的同位素,會進行放射衰變。另外,第43和第61種元素(即锝和鉕)沒有穩定的同位素,會進行衰變。可是,即使是原子序數大於94,沒有穩定原子核的元素,有些仍可能存在在自然界中,如鈾、釷、钚等天然放射性核素。 所有化學物質都包含元素,即任何物質都包含元素,隨著人工的核反應,會發現更多的新元素。 1923年,国际原子量委员会作出决定:化学元素是根据原子核电荷的多少对原子进行分类的一种方法,把核电荷数相同的一类原子称为一种元素。 2012年,總共有118種元素被發現,其中地球上有94種。.
衰變鏈
核科學裡,衰變鏈指的是放射性衰變過程中成鏈產生的一系列衰變產物。大部分放射性元素並不直接衰變成穩定的狀態,而是經過一連串的衰變反應,最終達至穩定的同位素為止。 衰變階段的名稱取決於它與前後階段的關係。“母同位素”衰變後產生“子同位素”。子同位素有可能是穩定的,但也可以繼續衰變形成下一個子同位素。子同位素的子同位素稱為第二代子同位素。 單獨一個母原子衰變成一個子原子的時間不定,不但在不同的母子原子對中有所不同,而且在同一種母子衰變反應中也有差異。單個原子的衰變是瞬時發生的,但是最初一堆原子在經過時間t後的衰變則由指數分布e−λt表示,當中的λ稱為衰變常數。正因為衰變的指數特徵,因此每一種同位素都有其半衰期。起初一定數量的相同放射性同位素在經過半衰期後,其中的一半會衰變成子同位素。實驗已經測定了數千種放射性同位素(或放射性核素)的半衰期,從幾乎馬上衰變到1019年以上不等。 中間的衰變階段往往比最初放射性同位素的衰變具有更強的放射性。當達至平衡之後,第二代子同位素的量與其半衰期成正比。不過由於其活躍性與半衰期成反比,任何在衰變鏈中的核素最終都會達到母同位素的放射水平。例如,自然鈾的放射性並不特別高,但是瀝青鈾礦的放射性卻是它的13倍,因為礦中還包含鐳和其他子同位素。除了鐳明顯較高的放射性之外,衰變鏈中的下一步會產生氡。氡是一種放射性的重惰性氣體,會囤積在含有釷或鈾的岩石附近的空隙裡,如地下室和礦井裡。長期接觸氡氣是導致非吸煙者患上肺癌的最主要原因。.
質子
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鈾
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。.
鈾-235
鈾235(符号:235U),是鈾的三種同位素之一,當中只有鈾235能夠發生核分裂,引發連鎖核裂變反應,可用作核電及核彈。1935年由加拿大科學家發現。根據國際原子能機構的定義,濃度為3%的鈾235為核電廠發電用低濃縮鈾,高於80%稱作高濃縮鈾,大於90%則叫作為武器級高濃縮鈾。.
鈾-238
鈾238(符号:238U)是鈾在自然界中最常見的同位素,放射性強度遠低於鈾-235,因此鈾238並不是可裂變物質。但是它可以藉由捕捉慢中子並經過兩次貝塔衰變變成可分裂的。被快中子碰撞後會吸收其能量,使得快中子不能進一連鎖反應。 大約99.284%的天然鈾是鈾238,半衰期為4.468 × 109年,在原子核大於84的放射性元素中,其半衰期特別的長,顯示其擁有特別穩定的原子核。 Category:鈾的同位素.
钡
钡(Barium)是化学元素周期表中的元素,它的原子序数是56,化学符号是Ba。它是周期表中2A族的第五个元素,是一种柔软的有银白色金属光泽的碱土金属。由于它的化学性质十分活泼,从来没有在自然界中发现钡单质。 钡在自然界中最常见的矿物是重晶石(硫酸钡,BaSO4)和毒重石(碳酸钡,BaCO3),二者皆不容于水。钡的名称源于希腊文单词βαρύς(barys),意为“重的”。它在1774年被确认为一个新元素,但直到1808年电解法发明不久后才被归纳为金属元素。 钡在工业上只有少量应用。过去曾用它作为真空管中的吸气剂。它是YBCO(一种高温超导体)和电瓷的成分之一,也可以被添加进钢中来减少金属构成中碳颗粒的数量。钡的化合物用于制造烟火中的绿色。硫酸钡作为一种不溶的重添加剂被加进钻井液中,而在医学上则作为一种X光造影剂。可溶性钡盐因为会电离出钡离子所以有毒,因此也被用做老鼠药。.
臨界質量
臨界質量(Critical mass)是指維持核子連鎖反應所需的裂變材料質量。不同的可裂變材料,受核子的性質(如裂變橫切面)、物理性質、物料型狀、純度、是否被中子反射物料包圍、是否有中子吸收物料等等因素影響,而會有不同的臨界質量。 剛好可以產生連鎖反應的組合,稱為已達臨界點。比這樣更多質量的組合,核反應的速率會以指數增長,稱為超臨界。如果組合能夠在沒有延遲放出中子之下進行連鎖反應,這種臨界被稱為即發臨界,是超臨界的一種。即發臨界組合會產生核爆炸。如果組合比臨界點小,裂變會隨時間減少,稱之為次臨界。 恩里科·費米最先發現超臨界組合,不一定同時是超過即發臨界。他的發現開展了受控制的連鎖反應的研究,後來發展的核子反應堆及核能都是出於這一發現。.
自發裂變
自發裂變(Spontaneous fission)是一種放射性衰變,只發生於原子量高的化學元素。由於元素的核結合能在原子量約為58個原子質量單位(u)時最高,因此更高質量的原子核會自發性分解為較小的數個原子核,以及一些單獨的核子。 由於裂變形成的產物原子核有限制,所以在一些原子量大於92原子質量單位(a.m.u)的原子核也理論上能夠進行自發裂變,而其自發裂變的概率隨著原子量的上升而增加。 理論上能夠自發裂變的最輕自然核素為鈮-93和鉬-94(原子序分別為41和42)。在自然產生的鈮和鉬同位素中卻沒有觀察到自發裂變。它們一般是穩定同位素。 時長允許觀察的自發裂變只發生在原子量為232 a.m.u.或以上的原子核。其中最輕的同位素為釷-232,其半衰期大於宇宙的年齡。釷-232是仍存有進行自發裂變的證據的最輕原始核素。 已知元素中,最容易進行自發裂變的是高原子序的錒系元素中擁有奇數原子序的鍆和鐒,以及一些錒系後元素,如鑪.
核反应堆
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。.
核動力
核动力(nuclear power,也稱原子能或核能)是利用可控核反应来获取能量,然后产生动力、热量和电能。该术语包括核裂变,核衰变和核聚变。产生核电的工厂被称作核电站,将核能转化为电能的装置包括反应堆和汽轮发电机。核能在反应堆中被转化为热能,热能将水变为蒸汽推动汽轮发电机组发电。 利用核反应来获取能量的原理是:当裂变材料(例如铀-235)在受人为控制的条件下发生核裂变时,核能就会以热的形式被释放出来,这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力,也可以连接发电机来产生电能。世界各国军队中的某些潜艇及航空母舰以核能为动力(主要是美國)。 根據國際能源署的資料,2007年全球電力有13.8%由核能提供。截至2014年9月,全世界共有437个核电机组处于运行状态,总装机容量为374.5吉瓦,虽然不是所有的核反应堆都正在发电。超过150艘使用核动力推进的舰船已被建造,由超过180个核反应堆提供提供动力。 核动力相關的重大事故包括三哩岛核泄漏事故(1979年)、切尔诺贝利核事故(1986年)、福岛第一核电站事故(2011年)和一些核动力潜艇事故。在各種能源的事故之中,按照每个单位发电的人命损失计算,核电的安全记录優于其他几种主要的发电方式。 If you cannot access the paper via the above link, the following link is open to the public, credit to the authors.
核連鎖反應
核連鎖反應是當發生一個核反應,兩個或以上的周邊核反應被觸動,從而帶動其他核反應以指數形式增長。 在臨界質量的核裂變燃料發生的不受控核連鎖反應可釋放出巨大能量,也是核武的概念,而連鎖反應可通過控制,成為日常所需的能源。 唯一已知的自然核連鎖反應堆位於西非加彭共和國的奧克洛(Oklo),該處有一個長達20億年歷史的古老核反應堆。.
核武器
--,也叫--或原子武器,簡稱核武,是利用核反应的光热辐射、電磁脈衝、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用,以及造成大面积放射性污染,来阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。主要包括核分裂武器(第一代核武,通常稱為原子弹)和核融合武器(亦稱為氫彈,分为两級及三級式)。亦有些还在武器内部放入具有感生放射的轻元素,以增大辐射强度扩大污染,或加強中子放射以殺傷人員(如中子弹)。 除此以外,核武器還可以根據用途而細分為戰略核武器及戰術核武器,前者是一般意義上的核武器範疇,為大當量的核武器和遠射程,後者則屬於小當量和近射程。其中,後者可用於戰爭前線。戰術核武器的概念以及發展相對戰略核武器為遲緩,是在第二次世界大战以後多年才逐步形成的,而戰術核武器需要對核能技術的要求亦較高以及複雜,其前提是要擁有戰略核武器。 有紀錄的核武器的研發始於第二次世界大戰前夕,由納粹德國率先提出方案,美國方面的計畫則晚了數個月。但由於當時錯誤的實驗方向與發展,令希特勒認為開發核武器的費用將會過於龐大,加上原先德國有興趣的是核子反應所能提供的能源而並非核武,因此放棄開發核武器。 當1945年納粹德國投降後,大量的德國科學家分散至各國持續研究,進一步幫助了西方國家與蘇聯在核能方面的技術發展。.
氘
氘(注音:ㄉㄠ;拼音:dāo(1);客家話:dao(1);粵語:dou(1);台語:to(1);英语:Deuterium)為氢的一种穩定形態同位素,又称重氢,元素符号一般为D或2H。它的原子核由一颗质子和一颗中子组成。在大自然的含量约为一般氢的7000分之一。.
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。.
曼哈顿计划
曼哈顿计划(Manhattan Project)是第二次世界大戰期間研發與製造原子彈的一項大型軍事工程,由美國以及給予相關支援的英國與加拿大執行,該計划於1942年到1946年間直屬於美國陸軍工程兵團的莱斯利·理查德·格罗夫斯將軍領導,工程原名為「代用材料項目發展」(Development of Substitute Materials),後改為「曼哈頓工程區」(Manhattan District)。期間,美方也吸收了較早展開的英國核武器研發計畫——「合金管工程」之成果。曼哈顿计划早在1939年即秘密地展開,雇佣了超过13萬人员,花费了将近20億美金(相當於2014年260億美金),超过90%的費用用于建造工厂和制造核裂变的原材料,用于制造和发展武器的部份僅佔不到10%,此一工程在橫跨美國、英國和加拿大三國的30多個城市中均有進行。 戰爭期間,美軍研發出兩種類型的原子彈,一為設計上較簡單、使用鈾235製成的「」,由於鈾235在天然鈾中僅佔0.7%,其他絕大部分都是質量相同、難以分離的同位素鈾238,故美方以三種分離方式來提高其鈾-235的濃度——電磁(「」)、氣體(「氣體擴散法」)與熱(「索瑞特效應」),大部分工作都在田纳西州橡树岭一地進行。 1941年12月7日,日本偷袭美国珍珠港,美国对日宣战,自此开始,美国正式卷入二战。此时,纳粹德国已经开始了德國核武器開發計畫「铀计划」(Uranprojekt),目的是制造出核武器,运用在二战之中。一些美国科学家提出,要在纳粹德国之前研发出原子弹。 1942年12月2日,在费米的指导下,世界上第一个实验性原子反应堆在芝加哥建成,成功实现了可控的链式反应。1943年春,奥本海默领导科研人员开始制造原子弹的工作;翌年,美国橡树岭工厂生产出第一批浓缩铀原材料;1945年7月12日,第一颗实验性原子弹开始最后的装配。7月16日,美国的第一颗原子弹在新墨西哥州的沙漠中试爆成功,爆炸当量大约21,000吨TNT炸弹。8月6日,美国向广岛投放名为小男孩的原子弹;3日后(8月9日),向长崎投擲名为胖子的原子弹。8月15日,日本宣告无条件投降,第二次世界大战结束。.
上面的列表回答下列问题
- 什么核裂变和钚的共同点。
- 什么是核裂变和钚之间的相似性
核裂变和钚之间的比较
核裂变有90个关系,而钚有111个。由于它们的共同之处20,杰卡德指数为9.95% = 20 / (90 + 111)。
参考
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