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第7章
核能及其应用
本章导读核能是人类历史上的一项伟大发现。时至今日，核能已经被广泛应用于军事、能源、航天等领域。核能为人类带来了新的能源，成为人类获取能源的重要途径。截至2020年8月，我国共有62个核电机组，其中有47个机组装料投入运行，分布在18座核电厂中。核电站究竟是怎样的设施？它又是如何产生电能的呢？本章将带大家学习核能、核技术相关知识。学习目标
了解原子结构。
了解放射现象。
了解核能、核技术及其应用。
目录 Contents
7.1 原子结构
7.2 核能与核技术
7.1 原子结构
7.1 原子结构
7.1.1 原子结构模型
1909—1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了 粒子散射实验，即用 粒子（氦原子核）轰击金箔片，如下图所示。通过实验发现，绝大多数 粒子穿过金箔片后仍沿原来的方向前进，只有少数 粒子发生大角度的偏转，极少数 粒子的偏转角度几乎达到180°。
通过对实验结果进行分析，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：原子中的绝大部分空间是空的，原子的几乎全部质量都集中在原子的中心，即原子核。原子核的直径大约是原子直径的十万分之一。原子中的全部正电荷都集中在原子核中，带负电的电子在核外空间绕着原子核高速旋转。
这个模型，可以很好地解释 粒子散射现象：大多数 粒子穿过原子时，距离原子核很远，因此与原子核之间的作用力可忽略，它们依然可以沿原方向前进；少数 粒子在穿过原子时，由于距离原子核较近，受到原子核的排斥力，导致 粒子的前进方向发生偏转；而更少的 粒子非常接近原子核，导致前进方向发生几乎180°的偏转，如下图所示。
7.1 原子结构
7.1 原子结构
7.1 原子结构
7.1.2 原子核的组成
1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氮原子核，发现某些 粒子能够把氮原子核中的一个粒子驱逐出来，使氮原子核变成一个新的原子核。经过大量实验，卢瑟福测出了这个被驱逐出来的新粒子的质量和电荷，并将其命名为质子。
在发现质子的基础上，卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想在1932年被他的学生查德威克证实。后来人们也陆续从其他原子核中打出了中子，证明中子也是原子核的组成部分。
7.1 原子结构
质子和中子统称为核子。质子与中子、质子与质子以及中子与中子之间以一种强大的核力结合在一起，如下图所示。质子带正电，中子不带电；质子和中子的质量几乎相等，而原子核的质量近似等于质子和中子的质量之和；原子核内的质子数等于核外电子数。
7.1 原子结构
7.1.3 放射现象
能放射射线的性质叫作物质的放射性。具有放射性的元素叫作放射性元素。元素的这种自发地放出射线的现象叫作天然放射现象。
对放射性元素发出的射线进行研究，发现它们在垂直穿过磁场时分为3束，人们把这3束射线分别叫作 射线、 射线和 射线，如下图所示。
1．天然放射现象
7.1 原子结构
这三种射线分别具有如下特点：
（1） 射线是由氦原子核组成的粒子流，带正电，其速度为光速的十分之一，穿透物质的能力很弱，用一张纸就可以挡住，但是它具有很强的电离作用，很容易使空气电离，也容易使底片感光。
（2） 射线是高速电子流，带负电，速度接近光速，贯穿能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，但是电离能力较弱。
（3） 射线是波长极短的电磁波，即光子，不带电，贯穿能力最强，要几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土墙才能阻挡它，其电离能力最弱。
7.1 原子结构
人在接受微量的辐射时不会受到损伤，只有大剂量和长时间的辐射才会对人体造成伤害。度量人体所接受辐射剂量的单位是希，符号为 Sv，1 Sv 表示 1 kg 的人体组织吸收了 1 J的辐射量。目前我们所接受的辐射剂量中有82%来自自然界，18%来自人为因素。
大剂量的放射性辐射会对人体和动物造成损害，甚至造成死亡。有些辐射不会立即造成损害，其损害作用可能经过数十年才会表现出来。放射性辐射还能损伤生物遗传物质，引起基因突变和染色体畸变，使生物的一代甚至几代受害。
2．放射性辐射对生物体的影响
7.1 原子结构
一个人一年受到的天然和人为放射性辐射的总剂量约为2 mSv。在一个铺有大理石地面的大厅，测得瞬时辐射剂量是每小时0.1 μSv，而在秦山核电站反应堆安全壳旁测得的瞬时辐射剂量只有每小时0.08 μSv。
7.1 原子结构
为了防止放射性辐射对人类和自然的破坏，人们采取了以下有效的防护措施。
（1）对放射性辐射进行检测
放射性辐射不能被人体感受到，但是可以用专门的仪器检测出来。
（2）安全存放放射性物质
在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥建筑来防止放射性物质的外泄。
（3）对放射性废弃物进行处理
对放射性废水的处理方法主要有稀释排放法、放置衰变法、混凝沉降法、离子变换法、蒸发法、沥青固化法、水泥固化法、塑料固化法以及玻璃固化法等。
3．放射性辐射的防护
7.1 原子结构
课后实践
请在课后收集资料，了解物质的放射性在医疗实践和农业生产中的主要应用，以及科学家在放射性研究和应用方面所做的贡献，并与同学们分享调查结果。

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