第二章溶浸采铀的物 理化学基本原理
第二章 溶浸采铀的物 理化学基本原理
第二章溶浸采铀的物理化学基本原理 ◆1铀的应用——核能(原子能) ◆1.1核衰变 1.2核裂变、原子弹、核电站 13核聚变和氢弹 ◆2溶浸采铀工艺 ◆2.1工艺流程 2.2铀的特性 2.3铀的浸出
第二章 溶浸采铀的物理化学基本原理 ◆ 1 铀的应用——核能（原子能） ◆ 1.1 核衰变 ◆ 1.2 核裂变、原子弹、核电站 ◆ 1.3 核聚变和氢弹 ◆ 2 溶浸采铀工艺 ◆ 2.1 工艺流程 ◆ 2.2 铀的特性 ◆ 2.3铀的浸出
◆1铀的应用—一核能(原子能) 原子由带正电荷的原子核和核外带负电荷的电 子组成。普通化学反应的热效应来源于外层电子重 排时键能的变化,而原子核及内层电子并没有变化。 另外还有一类反应的热效应却来源于原子核的变化 这类反应叫核反应。核反应可分为核衰变、核裂变 和核聚变三大类。1g铀—235(g2350发生裂变时释放 能量为8X10kJ,相当于2.7吨煤完全燃烧;1g氘(12H 发生聚变时释放的能量是6X108kJ,相当于20吨煤完 全燃烧。核反应过程中由于原子核的变化,而伴随 着巨大的能量变化,所以核能也叫原子能。认识核 反应和研究核能的利用就成为处理能源间题时必须 考虑的一个方面
◆ 1 铀的应用——核能（原子能） 原子由带正电荷的原子核和核外带负电荷的电 子组成。普通化学反应的热效应来源于外层电子重 排时键能的变化，而原子核及内层电子并没有变化。 另外还有一类反应的热效应却来源于原子核的变化， 这类反应叫核反应。核反应可分为核衰变、核裂变 和核聚变三大类。1g铀—235(92 235U)发生裂变时释放 能量为8X107kJ，相当于2.7吨煤完全燃烧；1g氘(1 2H) 发生聚变时释放的能量是6X108 kJ，相当于20吨煤完 全燃烧。核反应过程中由于原子核的变化，而伴随 着巨大的能量变化，所以核能也叫原子能。认识核 反应和研究核能的利用就成为处理能源问题时必须 考虑的一个方面
◆1.1核衰变 U,PO,Ra等元素的原子核不稳定,能自发地放 出辐射,而变成另一种原子核,这种过程叫核衰变。 天然放射性元素铀所放出的辐射,在电磁场作用下 可以分为三个部分:a辐射、β辐射和γ辐射 1896年法国科学家 Becquerel h(贝克勒尔放射 性活度的国际单位符号Bq)发现了铀盐的天然 放射性现象,他的同事 Marie和 Pierre curie夫妇在 1898年铀矿中发现了新的放射性元素钋(Po)和镭(Ra) 开创了天然放射性和放射化学研究的新领域。他们3 人共同获得1903年的诺贝尔物理学奖
◆ 1.1 核衰变 U，Po，Ra等元素的原子核不稳定，能自发地放 出辐射，而变成另一种原子核，这种过程叫核衰变。 天然放射性元素铀所放出的辐射，在电磁场作用下 可以分为三个部分：α辐射、β辐射和γ辐射。 1896年法国科学家Becquerel H(贝克勒尔放射 性活度的国际单位 符号Bq)发现了铀盐的天然 放射性现象，他的同事Marie和Pierre Curie夫妇在 1898年铀矿中发现了新的放射性元素钋(Po)和镭(Ra)， 开创了天然放射性和放射化学研究的新领域。他们3 人共同获得1903年的诺贝尔物理学奖
◆1.2核裂变、原子弹、核电站 1)核裂变 1938年Hahn0和 Strassman f研究中子轰击U-235的 产物时,想发现新元素的愿望虽未实现,但却发现了 另一类核反应——裂变。9235原子核受高能中子轰击 时,分裂为质量相差不多的两种核素,同时又产生几 个中子,还放大量的能量,裂变产物的组成很复杂。 核素是指质子数和中子数都相同的一类原子。凡质 子数相同而中子数不同核素则互为同位素 放射性核素寿命的长短,常用半衰期(t1/2)表示, 即衰减一半所需的时间。不同的放射性核素半衰期差 别很大
◆ 1.2 核裂变、原子弹、核电站 1）核裂变 1938年Hahn O和Strassman F研究中子轰击U—235的 产物时，想发现新元素的愿望虽未实现，但却发现了 另一类核反应——裂变。92 235U原子核受高能中子轰击 时，分裂为质量相差不多的两种核素，同时又产生几 个中子，还放大量的能量，裂变产物的组成很复杂。 核素是指质子数和中子数都相同的一类原子。凡质 子数相同而中子数不同核素则互为同位素。 放射性核素寿命的长短，常用半衰期(t1／2)表示， 即衰减一半所需的时间。不同的放射性核素半衰期差 别很大
2)原子弹 连续核裂变释放出巨大的核能,若人工控制使链 式反应在一定程度上连续进行,产生的能量加热水蒸 ,推动发电机,这是建设核电站的基本原理;若让 裂变释放的能量不断积聚,最后则可以在瞬间酿成巨 大的爆炸,这是制造原子弹的原理 原子弹里的U应含93%U235。一颗原子弹中 有两块U-235,每块质量都不太大,连续裂变时所释 放的能量不足以引起爆炸,但当两块铀合在一起时 便能在瞬间发生强烈爆炸。所以在原子弹之中还用 个普通的小炸弹作为引爆裝置,它的爆炸使两块铀挤 压在一起发生爆炸 能维持链式反应铀块的最小体积叫临界体积,其 质量叫临界质量。临界质量与铀块的形状和纯度等 多种因素有关
2）原子弹 连续核裂变释放出巨大的核能，若人工控制使链 式反应在一定程度上连续进行，产生的能量加热水蒸 气，推动发电机，这是建设核电站的基本原理；若让 裂变释放的能量不断积聚，最后则可以在瞬间酿成巨 大的爆炸，这是制造原子弹的原理。 原子弹里的U应含93％ U—235 。一颗原子弹中 有两块U—235，每块质量都不太大，连续裂变时所释 放的能量不足以引起爆炸，但当两块铀合在一起时， 便能在瞬间发生强烈爆炸。所以在原子弹之中还用一 个普通的小炸弹作为引爆装置，它的爆炸使两块铀挤 压在一起发生爆炸。 能维持链式反应铀块的最小体积叫临界体积，其 质量叫临界质量。临界质量与铀块的形状和纯度等 多种因素有关
◆3)核电站 核电站的中心是核燃料和控制棒组成的反应堆 其关键设计是在核燃料中插入一定量的控制棒,它是 用能吸收中子的材料制成的,如硼③B)、镉 等是合适的材料。利用它们吸收中子的特性控制 链式反应进行的程度,U-235裂变时所释放的能量可 将循环水加热至300 温水蒸气推动发电机发电 见核电是一种清洁的能源 有废气和煤灰 建设投资虽高,但运行时就没有运送煤炭、石油这样 繁重的运输工作,因此还是经济的。所以发展核电是 电力缺口的一种重要选择。据最新消息报道, 随着 速发展,能源短缺日趋严重,核电已列 入我国的发展规划,计划到2006年我国核电占到总发 电量的4%,而目前仅为1%。但有两个间题总是令人 忧,一是保证安全运行,二是核废料的处理
◆3）核电站 核电站的中心是核燃料和控制棒组成的反应堆， 其关键设计是在核燃料中插入一定量的控制棒，它是 用能吸收中子的材料制成的，如硼(B)、镉(Cd)、铪 (Hf)等是合适的材料。利用它们吸收中子的特性控制 链式反应进行的程度，U—235裂变时所释放的能量可 将循环水加热至300℃，高温水蒸气推动发电机发电。 由此可见核电是一种清洁的能源，它没有废气和煤灰， 建设投资虽高，但运行时就没有运送煤炭、石油这样 繁重的运输工作，因此还是经济的。所以发展核电是 解决当前电力缺口的一种重要选择。据最新消息报道， 随着经济的飞速发展，能源短缺日趋严重，核电已列 入我国的发展规划，计划到2006年我国核电占到总发 电量的4%，而目前仅为1%。但有两个问题总是令人担 忧，一是保证安全运行，二是核废料的处理
◆核电站事故 国际上曾发生过两次重大的核电事故。1979年 3月28日美国宾夕法尼亚州三里岛核电站,因反应 堆冷却系统失灵,使堆心部分过热,致使部分放 射性物质逸人大气。但事故得到及时处理,没有 引起爆炸,对人伤害不很严重,只是核电站受到 定程度的破坏。1986年4月26日在前苏联乌克 基辅市北部的切尔诺贝利核电站,因人为差错和 违章操作发生猛烈爆炸,反应堆内放射性物质大 量外泄,造成大面积的环境污染,人畜伤亡惨重 放射性伤害,轻者有白血球减少、恶心、呕吐 脱发等症状,重者则有出血、溃疡、遗传失常、 癌症等
◆ 核电站事故 国际上曾发生过两次重大的核电事故。1979年 3月28日美国宾夕法尼亚州三里岛核电站，因反应 堆冷却系统失灵，使堆心部分过热，致使部分放 射性物质逸人大气。但事故得到及时处理，没有 引起爆炸，对人伤害不很严重，只是核电站受到 一定程度的破坏。1986年4月26日在前苏联乌克兰 基辅市北部的切尔诺贝利核电站，因人为差错和 违章操作发生猛烈爆炸，反应堆内放射性物质大 量外泄，造成大面积的环境污染，人畜伤亡惨重。 放射性伤害，轻者有白血球减少、恶心、呕吐、 脱发等症状，重者则有出血、溃疡、遗传失常、 癌症等
◆中国的核电 我国自1982起决定要稳妥而积极地发展核 电,第一座自行设计的30万千瓦核电站,建在 浙江省海盐县秦山脚下,地质构造良好,靠山 临海。1995年7月正式通过国家验收。第二期 工程两台60万千瓦机组将动工,第三期工程亦 在计划中。此外在广东大亚湾引进两台90万千 瓦的核电站已经建成,岭澳核电站已经通过验 收,辽宁建新核电站也已开始筹建。到2000年 我国有200多万千瓦的核电能力。 到2020年,我国将新建20座左右的核电站, 使我国的核电占总发电量的比例达到10%左右
◆中国的核电 我国自1982起决定要稳妥而积极地发展核 电，笫一座自行设计的30万千瓦核电站，建在 浙江省海盐县秦山脚下，地质构造良好，靠山 临海。1995年7月正式通过国家验收。第二期 工程两台60万千瓦机组将动工，第三期工程亦 在计划中。此外在广东大亚湾引进两台90万千 瓦的核电站已经建成，岭澳核电站已经通过验 收，辽宁建新核电站也已开始筹建。到2000年 我国有200多万千瓦的核电能力。 到2020年，我国将新建20座左右的核电站， 使我国的核电占总发电量的比例达到10%左右
核废料处理 核电站废料的处理是非常棘手的事情。U235裂变产生 的碎核都具有放射性。反应堆工作一定时间后,必需更换新 燃料,卸下的放射性废料就存在着如何处理、运输、掩埋的 问题。早期曾将废料直接埋人地下,但即使掩埋较深,久而 久之地下水总会使这些放射性物质扩散。后来又将废料装在 金属桶里,外面加一层混凝土或沥青,弃于海底,在大西洋 比部和太平洋北部都有这些废料的“墓地”。经多次国际会 议商讨,现在认为对用过的核燃料中还有未燃尽的铀,应尽 量回收,这样既可提高资源的利用率又减少废料的放射性。 废料中还有些有使用价值的放射性物质和非放射性物质,也 应提取分离,这些过程统称为“后处理”。其他放射性废料 应裝入特制睿器,它具有防震、防腐、防泄漏等特性。然后 将睿器深埋在荒无人烟的 里,使它长期与生物界隔离 其放射性禁锢于容器内而不扩散核污染。随着核电的发展 废料的处理是必须认真对待的重要问题。在反应堆的运 过程中和核燃料的后处理过程中有许多化学间题值得深入研
◆核废料处理 核电站废料的处理是非常棘手的事情。U—235裂变产生 的碎核都具有放射性。反应堆工作一定时间后，必需更换新 燃料，卸下的放射性废料就存在着如何处理、运输、掩埋的 问题。早期曾将废料直接埋人地下，但即使掩埋较深，久而 久之地下水总会使这些放射性物质扩散。后来又将废料装在 金属桶里，外面加一层混凝土或沥青，弃于海底，在大西洋 北部和太平洋北部都有这些废料的“墓地”。经多次国际会 议商讨，现在认为对用过的核燃料中还有未燃尽的铀，应尽 量回收，这样既可提高资源的利用率又减少废料的放射性。 废料中还有些有使用价值的放射性物质和非放射性物质，也 应提取分离，这些过程统称为“后处理”。其他放射性废料 应装入特制容器，它具有防震、防腐、防泄漏等特性。然后 将容器深埋在荒无人烟的岩石层里，使它长期与生物界隔离， 其放射性禁锢于容器内而不扩散核污染。随着核电的发展， 核废料的处理是必须认真对待的重要问题。在反应堆的运行 过程中和核燃料的后处理过程中有许多化学问题值得深入研 究
