受控热核聚变

1能源的需求 能源对于人类的生活和社会的发展极为重要.随着工业的进步,能源的需求益见迫切.煤、石油、天然气、风力、水力已早为人们习惯使用,地热、太阳能以及裂变核能亦已相继开发利用.但它们或受地区的限制,或存在污染的缺点使用都有不便,或与环境保护有碍,尤其矿石类燃料及天然气等在地球上储量有限,不断开掘,迟早会枯竭.表1表示全世界能源的估计.目前世界主要能源的消耗每年约需3×10 11GJ,表1数据依此估出,以后的消耗将续有增加,按其储量足供人类使用不过百年,而且煤和石油是化工的原材料,用作燃料,付之一炬,未免可惜.如果使用增殖堆发电,可以维持几万年,似是久远之计,但放射性废料的处理实是棘手问题.不久前美国三里岛事故和前苏联的切尔诺贝利泄漏使人深俱戒心.     

邮票上的物理学史(55)--核能作为动力

二战后,核能的和平利用被提上了日程.核能独特的优点是:1) 核能是储量丰富的能源.根据专家估算,按现在的能源消耗速度,地球上的石油40年后即将耗尽,煤也只可开采200多年.煤和石油还是重要的化工原料,而核能是地球上储量最丰富的能源,地球上的核裂变燃料即铀矿和钍矿资源,按其所可释放的能量计算,是化石能源的20倍,开发和利用核能来替代煤和石油作为后续能源已是当务之急,而聚变燃料氘更是广泛存在,如能实现可控聚变,人类就不必再为能源担心了.2) 核能是清洁的能源.它不产生二氧化碳,不会引发温室效应,产生的其他污染物也少,有利于保护环境.不过,裂变燃料产生的废料具有放射性,有的放射性废料的半衰期很长,对其处理是一大难题.最近,有人提出了用加速器或反应堆加以照射以处理的建议.     

84.0MeV16O轰击238U核的裂变碎片角关联的测量

使用两块大面积位置灵敏双栅雪崩计数器,测量了84.0MeV¹⁶O轰击²³⁸U核的裂变碎片角关联及角分布.用裂变碎片折叠角技术区分了熔合裂变反应中的复合核裂变和转移裂变的两种成份.在总裂变截面中,转移裂变的贡献约为10%.由于转移裂变碎片角分布的各向异性较小,扣除转移裂变贡献后,纯复合核裂变碎片各向异性提高5%左右.裂变碎片异性异常不可能仅仅来源于转移裂变的贡献.     

核电和物理学

20世纪三四十年代，原子物理学家们发现中子轰击铀原子核的裂变现象并首次实现可控裂变链式反应，把世界带进了原子能时代．半个世纪以来核电已达到全世界电力的16％．目前99％以上都是热中子反应堆核电站。在大规模发展核电的情况下，比如说百GWe,必须加快快中子增殖反应堆的发展和推广，方无核燃料匮乏之虞。     

太阳能及应用

 一、当今社会的主要能源现代工农业、运输业、建筑业、通讯等方面的发展,愈来愈需要消耗大量的能源。现在我们所消耗的能量,其中90%以上来源于矿物燃烧,如煤、石油、天然气。但矿物燃料的蕴藏量总是有限的,继续消耗这些燃料就意味着我们在靠“存货”维持生活。目前的开采速度,煤和石油的贮藏量正在迅速减少。其实,煤、石油不仅仅是燃料,还是重要的化工原料。仅仅将其作为燃料,而且某些地区还造成了严重的环境污染。目前这种状况主要由于社会分工太细造成的,人类应当从生存、发展的长远利益考虑,开发新的能源,比如太阳能。二、太阳辐射能能量在需要时就应得到是当然之事。重要的就是通过何种渠道获得能量。     

核能存储及释放的新机制

 1938年,德国科学家奥托·哈恩等人发现铀裂变现象1939年8月2日,爱因斯坦在写给美国总统罗斯福的信中指出铀裂变可能导致新型重要能源的产生和武器的建造,由此导致了1942年美国研制原子弹的“曼哈顿”计划和1945年7月16日在美国新墨西哥州的沙漠里进行的世界上第一颗原子弹试验,从而使得核能成为可供利用的主要能源之一。通常所说的核能包括原子核的裂变能和聚变能。裂变能是重原子核通过裂变而释放的能量而聚变能是由两个轻原子核聚合成一个较重核而释放能量。除了核武器外,裂变能主要用于发电,目前世界的核电已达总电量的16%。     

中子诱发232Th裂变初始碎片质量及动能分布Monte-Carlo研究

随着第四代反应堆以及先进核能利用系统的发展,对中子核数据提出了高精度、多核素、宽能区的新要求.目前,中国核数据评价库(CENDL库)中相关核裂变的数据较缺失,不足以满足当前核能发展的需求.因此,建立面向中子核数据需求的可靠计算方法和工具变得极为重要.本文基于Monte-Carlo方法建立了裂变碎片质量动能计算模型,研究了中低能中子诱发²³²Th(n,f)反应发射中子前裂变碎片的分布特性.对于裂变碎片质量分布,本模型计算结果与实验值最大偏差约1%,与GEF, TALYS程序计算结果 (与实验值最大偏差约2%)相比具有一定优势.对于发射中子前裂变碎片动能分布,本模型计算结果与实验数据一致.结果表明,所发展的计算模型能够较好地预测²³²Th(n,f)反应发射中子前裂变碎片数据,为中子诱发锕系核裂变反应计算提供一种新思路.     

D-T中子诱发贫化铀球壳内裂变率分布实验

中子诱发裂变反应率是表征和检验中子在材料中的输运、裂变放能等过程的重要物理量.贫化铀球壳裂变反应率径向分布数据,可为铀核数据宏观检验及研究裂变放能与贫化铀球壳厚度的关系提供数据支持.本文设计了内径为13.1 cm,外径分别为18.10,19.40,23.35,25.40,28.45 cm的五种不同厚度的贫化铀球壳组合装置;利用位于球壳中心的氘氚中子源轰击贫化铀球壳装置,中子产额约为3×10~(10)—4×10~(10)s~(-1);在"赤道"平面与入射氘束成45°方向测量裂变反应率随径向分布的情况.为了克服裂变室和俘获探测器等自身对模型和中子场的扰动,本文选择与装置材料相同的贫化铀材料作为活化探测器,以活化探测器中的裂变碎片143Ce发射的γ射线作为测量对象,通过HPGe探测器测量的γ射线数,基于~(143)Ce裂变产额数据反推裂变反应率.通过实验获得了贫化铀球壳内的裂变率及其径向分布规律,裂变反应率和相对标准不确定度分别位于5.28×10~(-29)—7.58×10~(-28)之间和6%—11%之间.基于蒙特卡罗程序和ENDF/BVI.8数据库完成了模拟计算,并与实验结果进行了对比分析,两者在不确定度范围内一致.     

离线测量钍快中子裂变反应率方法

钍快中子裂变反应率是钍铀燃料循环中的重要数据.为了测量基于聚变-裂变混合能源堆包层概念设计的钍样品在宏观中子学装置中的钍快中子裂变数据,发展了钍快中子裂变率的离线活化γ测量方法.通过测量232Th裂变碎片85mKr的β衰变产物85Rb发射的151.16 keV特征γ射线,并结合钍裂变产额数据,获得了钍样品装置中232Th裂变反应率的分布.详细介绍了此方法的原理和影响因素,并利用14 MeV的D-T中子源在贫铀球壳中开展了校验实验,实验不确定度为5.3%—5.5%.采用MCNP5程序和ENDF/B-VI及ENDF/B-VII数据库模拟计算的结果与实验结果在实验不确定度内基本符合,这证明该方法能够有效地模拟装置中232Th裂变反应率.     

原子核裂变的研究近况

一、引言目前利用原子能有两条途径:一是很轻原子核的聚变反应,一是最重原子核的裂变反应,都会释放出大量的能量。到目前为止,聚变反应尚不能人为地控制,因此,目前利用原子能主要是重原子核的裂变反应。自1938年发现原子核裂变以来,在实际中已经得到极为广泛的应用,但是这一学科的理论研究却远远地落在实际的后面。近几年来,裂变物理学在实验方面取得了     

252Cf冷裂变瞬发γ射线

用四参量关联实验技术研究了²⁵²Cf冷裂变瞬发γ射线发射性质. 孪生屏栅电离室收集极和栅极信号分别用于确定碎片的动能和发射角. 圆柱形电离室轴线上的NaI(T1)晶体用于符合记录裂变瞬发γ射线.结果表明,不仅冷裂变瞬发γ射线角分布系数约为正常二分裂变值的两倍,而且冷裂变轻碎片发射的γ射线数目几乎是重碎片发射数目的三倍.对后一实验事实目前尚未有满意的理论解释.     

基于裂变γ标识技术的瞬发裂变中子谱测量新方法

瞬发裂变中子谱（prompt fission neutron spectrum,PFNS）是用于核实验诊断过程中十分重要的参数数据,传统的测量主锕系核素（U,Pu）PFNS的技术手段是采用裂变室,利用裂变碎片标识裂变中子,通过中子飞行时间技术获得裂变中子谱.目前出现了一种新的用于PFNS测量的技术,其原理是基于如下的物理事实：在一次裂变过程中,释放中子的同时伴随着释放7–8个γ射线光子,而非弹性散射效应产生的γ射线光子只有1–2个.据此,可以通过裂变γ射线的多重性将裂变中子和其他杂散中子甄选出来,达到测量PFNS的目的.本文建立了基于裂变γ标识技术的PFNS测量实验系统.利用该系统对²⁵²Cf中子源的PFNS进行了实验测量,测量结果与传统的裂变碎片标识法及ENDF/B-VⅡ数据库的标准谱进行了比较,对新方法的裂变标识率以及实验不确定度也一并进行了分析.     

划时代的伟大发现——纪念裂变现象发现五十周年

 1938年12月发现了原子核的裂变现象,至今已整整五十年了.裂变的发现在科学史上是一件极其重大的事件,它给人类的历史和科学技术的进程带来了巨大的影响,并由此开始了一个新的能源时代.本文将回顾裂变发现的历史经过,并评述这一发现半个世纪给世界所带来的深远影响.裂变现象发现的经过裂变的发现不是一次完成的,是在先前许多科学家几度濒临发现的边缘之后,才呈现在它的发现者的面前.     

快中子堆

正一、引言快中子堆(简称快堆)是主要以平均中子能量0.08～0.1 MeV的快中子引起裂变链式反应的反应堆。快中子堆的主要特点是,在堆运行时,新产生的易裂变核燃料(如钚)多于消耗掉的易裂变核燃料钚,即增殖比大于1,易裂变核燃料得到增殖,因此又称为快中子增殖反应堆。运行中真正消耗的是天然铀中不易裂变且丰度占99.2%以上的铀-238。快堆的乏燃料经后处理,钚返回堆内再烧,多余的     

我国快堆技术发展和核能可持续应用

 一、前言
快中子堆(简称快堆)是主要以平均中子能量0.08～0.1MeV 的快中子引起裂变链式反应的反应堆。快中子堆的主要特点是,在堆运行时,新产生的易裂变核燃料,如钚,能多于消耗掉的易裂变核燃料钚或235U,即增殖比大于1,易裂变核燃料得到增殖,因此又称为快中子增殖反应堆。运行中真正消耗的是天然铀中不易裂变,且丰度占99.2%以上的238U。快堆的乏燃料(即运行后出堆的燃料)经后处理,所得钚返回堆内再烧,多余的钚则用于装载新的快堆。如此封闭并无限次循环则对铀资源的利用率可从单单发展压水堆的1%左右提高到60%～70%。     

聚变-裂变混合堆──中国发展增殖堆的道路

核能是21世纪的替代能源,远期靠聚变能,前期靠裂变能.地球上天然铀储量不多,必须充分利用丰产核238U和232Th.裂变增殖堆(快堆)和聚变增殖堆(聚变-裂变混合堆)是利用238U和232Th的两条主要途径. 聚变-裂变混合堆概念早在五十年代初就已提出[1].1960年,英国J.W.Weale的DT中子在天然铀铀柱中的宏观实验[2],为混合堆奠定了实验基础.六十年代开展了大量混合堆包层中子学理论和实验研究.1965年美国L.N.Loutai第一个提出融盐增殖包层的概念设计[3].1969年美国 L.M.Lidsky第一个提出“混合堆-裂变堆共生系统”概念[4].1972年美国J.D.Lee第一…     

洁净的新能源——氢能

 自1973年石油危机以来,人们不断受到矿物燃料逐渐短缺带来的压力。有人估计再过三、四十年,煤、石油等矿物燃料就可能进入枯竭期,因此常规能源日渐短缺与能源消耗继续增长的尖锐矛盾迫使人们去寻找新的能源.     

浅谈惯性约束核聚变

以煤、石油、天然气为代表的化石能源终将枯竭,基于核裂变反应的核裂变能源也由于安全性和核废料的处理等问题而不尽如人意。     

5.5到21.7MeV/A~(28)Si+~(197)Au系统的裂变测量(Ⅱ)~*非完全熔合裂变与跟随裂变角分布

从裂片关联测量给出的线性动量转移(LMT)分布,将非完全熔合裂变与跟随裂变事件分开,分别给出其裂变角分布.用卡西尼亚卵形体计算惯性矩,采用常规方法拟合裂变角分布,提取裂变核自旋值,讨论其随入射能的变化关系.此外,还讨论了与复杂粒子符合的裂变角分布.     

5.5到21.7MeV/A 28Si+197Au系统的裂变测量(Ⅱ)非完全熔合裂变与跟随裂变角分布

从裂片关联测量给出的线性动量转移(LMT)分布,将非完全熔合裂变与跟随裂变事件分开,分别给出其裂变角分布.用卡西尼亚卵形体计算惯性矩,采用常规方法拟合裂变角分布,提取裂变核自旋值,讨论其随入射能的变化关系.此外,还讨论了与复杂粒子符合的裂变角分布.