核能計算

核能計算

核能計算,相互作用強度 是作用力性質的一個重要標誌。在量子場論中一般以相互作用的耦合常數來表征作用強度。耦合常數是一個無量綱的數。

例如

核能計算 核能計算

電磁作用以 精細結構常數 α = e^2/(2εhc) = 0.007 表示

引力作用以 GM^2/(2hc) ≈5 * 10^(-40) 表示。其中G為萬有引力常數,而M為質子質量。

四大相互作用的耦合常數分別為

強相互作用:1

但是耦合常數只能“粗糙”地表征相互作用強度。絕對的比較實際上是無法實現的。還要看具體情況是什麼樣的。例如 質子-質子之間的電磁力 與電子-電子之間的電磁力相同,而它們之間的萬有引力卻相差高達 10^6 倍。

對於你所關心的問題,我覺得可以這樣進行估算:

氘(質子+中子)的結合能約 2MeV 多一點。

想像用一個恆外力 克服 核力 把 中子 拉出來,需要做功 2MeV≈3.2*10^(-19)^焦耳

核力是短程力,當中子-質子之間距離大於一定程度的數值後,核力立刻消失。

氘核的核半徑約為 1.5*10^(-15) 米。核力的作用程(作用距離)一般也在這個量級。

因此不妨粗略地認為 中子拉出來的過程中,中子移動距離達到 10^(-15) 米時,核力就已經消失了。

F*S = W

F=W/S = 3.2*10^(-19)焦耳/10^(-15)米 ≈ 10^(-4) 牛頓

即粗略估算,氘核當中 質子-中子 之間的強相互作用力約 10^(-4)牛頓。

以上是對於氘進行的估算。如果對重核進行估算,那么由於重核中 質子-中子之間的結合能 約達 15 MeV,所以重核中的核力會略有所增加,在10^(-3)牛頓水平。

作為興趣,有必要估算下 氘核當中的 質子-中子 萬有引力

F = G*Mp*Mn/R^2 = 6.67*×10^-11 米^3/(千克·秒^2) * 1.67*10^(-27)千克*1.67*10^(-27)千克 /[3*10^(-15)米*3*10^(-15)米]

= 6.2 * 10^(-35) 牛頓

萬有引力比 核力 小了約 10^(-31)倍。核能的利用核能的利用

“1942年12月2日,人類在此實現了第一次自持鍵式反應,從而開始了受控的核能釋放。”這是原子時代的出生證,這段話就寫在美國芝加哥大學裡一座廢棄不用的運動場的外牆上,人類製成的第一座原子反應堆就是在這個運動場看台下面的網球場中誕生的,這項工程的領導人就是義大利物理學家恩里科·費米。

歷史

1941年12月,在愛因斯坦等科學家的建議下,美國總統羅斯福批准了名為“曼哈頓工程”的計畫,要趕在希特勒之前,全力以赴研製出核子彈。從1941年至1945年,歷時5年,共動員了50萬人,15萬名科學家和工程師,耗資20億美元,用電占全美國電力的1/3。核子彈的實際製造是在後來被譽為“核子彈之父”的科學家奧本海默的領導下,於1943年末完成的。1945年7月16日,第一顆核子彈試驗成功。8月6日和9日,美國政府將兩顆核子彈先後投在了日本的廣島和長崎,迫使日本帝國主義投降。

由於核子彈的巨大破壞力,它成了冷戰時期的重要戰略武器,各國競相研製。1949年,前蘇聯爆炸了一顆比美國投擲到廣島的核子彈大五倍的核彈。1964年,我國成功爆炸了第一顆核子彈。根據聯合國公布的材料,當時全世界共有核彈頭5萬多個,爆炸當量約為150億噸梯恩梯炸藥,全球每人要受到相當於3噸梯恩梯炸藥的核威脅,因此有人把核子彈稱為是“毀滅地球的發明”。

第二次世界大戰後,核能開始被用於和平事業。1954年6月,前蘇聯建成了世界上第一座原子能發電站,儘管它只有5000千瓦的發電功率,但它揭開了人類和平利用核能的新紀元。核能發電作為一種新能源,受到了世界各國的重視。40多年來,世界核電發展史證明了核電是一種經濟清潔和安全的能源。發電站的綜合成本比核電站要高出38%。法國的核電成本只是燃煤火電的52%,燃煤火電站會向大氣排放大量污染物,而核電站不會排放任何污染物。到1995年,全世界共有432座核電站在運轉發電,中間只發生過兩次放射性物質外泄事故,而且都是由於操作失誤引起的。自1988年前蘇聯車諾比核電站事故之後,世界各國已不再使用本身欠安全的石墨堆,而且增加了安全殼保障措施,我國核電站採用的就是較為先進的壓水堆。因此,核電站比以前更加安全可靠了。

據1991年統計,核電已占世界總發電量的16%。世界各國中,法國的核電站發展最快,有57座核電站,總裝機容量6200萬千瓦,核電占總發電量的77.8%。目前我國已有浙江秦山和深圳大亞灣核電站投入發電,今後我國還將建設4座核電站,到2010年使核電總量達到2000萬千瓦。

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