陳暢之原子物理學(xué)第六講X射線原子核物理簡(jiǎn)介

1、4Fashion:性感=骨感！X射線是波長(zhǎng)極短的電磁波，它不會(huì)被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，具有很強(qiáng)的穿透力，而且波長(zhǎng)越短，穿透力越強(qiáng)。0.1nm：軟X射線.8.1 X射線的產(chǎn)生與波動(dòng)性射線的產(chǎn)生與波動(dòng)性 0.1nm0.1nm0.1nm：軟：軟X X射線。射線。波動(dòng)性波動(dòng)性 X射線在晶體的衍射射線在晶體的衍射利用利用X X射線在晶體的衍射可以測(cè)定它的波長(zhǎng)，射線在晶體的衍射可以測(cè)定它的波長(zhǎng)， 晶體作為立體光柵，一束晶體作為立體光柵，一束X X射線射入晶體，發(fā)生射線射入晶體，發(fā)生衍射時(shí)，從任何一晶面上，當(dāng)那些出射方向?qū)ρ苌鋾r(shí)，從任何一晶面上，當(dāng)那些出射方向?qū)ζ矫娴膬A角與入射線的傾角相等的平面的傾角與入射線的傾角相等

2、的X X射線，滿足射線，滿足布拉格公式布拉格公式 n n =2dsin=2dsin n=1 n=1、2 2、. . 出射線就會(huì)加強(qiáng)。出射線就會(huì)加強(qiáng)。每個(gè)亮點(diǎn)為勞厄斑點(diǎn)每個(gè)亮點(diǎn)為勞厄斑點(diǎn), ,對(duì)應(yīng)于一對(duì)應(yīng)于一組晶面組晶面. . 斑點(diǎn)的位置反映了對(duì)斑點(diǎn)的位置反映了對(duì)應(yīng)晶面的方向應(yīng)晶面的方向. . 由這樣一張照由這樣一張照片就可以推斷晶體的結(jié)構(gòu)片就可以推斷晶體的結(jié)構(gòu). . BACd布拉格公式：布拉格公式：kdsin2, 3 , 2 , 1k布拉格公式是布拉格公式是X射線極大值滿足的方程，與光柵方程相當(dāng)。射線極大值滿足的方程，與光柵方程相當(dāng)。但有所不同：但有所不同：掠射角：掠射角d:d:晶面間距晶面間

3、距布拉格公式與光柵方程的不同布拉格公式與光柵方程的不同 對(duì)于普通可見(jiàn)光的一維光柵，對(duì)于普通可見(jiàn)光的一維光柵，只有一個(gè)光柵方程。而對(duì)只有一個(gè)光柵方程。而對(duì)X X射線，射線，晶體光柵是三維光柵晶體光柵是三維光柵。以立方。以立方單晶為例，其中有許多不同取單晶為例，其中有許多不同取向的原子層（晶面），他們的向的原子層（晶面），他們的晶面間距不同，因此晶面間距不同，因此X X射線有一射線有一系列的布拉格公式系列的布拉格公式 任意波長(zhǎng)的單色可見(jiàn)光射到一任意波長(zhǎng)的單色可見(jiàn)光射到一維光柵上，總可以在某一方向維光柵上，總可以在某一方向上得到光柵衍射的極大值，它上得到光柵衍射的極大值，它滿足光柵方程。對(duì)于滿足光柵

4、方程。對(duì)于X X射線，入射線，入射方向和晶體的位置確定后，射方向和晶體的位置確定后，則則和各個(gè)和各個(gè)d d也就確定了，也就確定了，任意任意一個(gè)一個(gè)X X射線波長(zhǎng)就不一定恰能滿射線波長(zhǎng)就不一定恰能滿足布拉格公式足布拉格公式，因此也就沒(méi)有，因此也就沒(méi)有X X射線的衍射極大值射線的衍射極大值觀察觀察X射線衍射的兩種方法射線衍射的兩種方法即怎樣才能滿足布拉即怎樣才能滿足布拉格公式？格公式？(a)(a)勞厄法：用連續(xù)譜勞厄法：用連續(xù)譜的的X X射線照射單晶（這射線照射單晶（這時(shí)，相當(dāng)于時(shí)，相當(dāng)于d d與與定，定，而而任意）任意）(b)(b)德拜法：用單一波德拜法：用單一波長(zhǎng)的長(zhǎng)的X X射線照射多晶或射線

5、照射多晶或旋轉(zhuǎn)的單晶（這時(shí)，旋轉(zhuǎn)的單晶（這時(shí)，相當(dāng)于相當(dāng)于d d與與定，而定，而任意）任意）kdsin2布拉格公式DNA results某種蛋白質(zhì)的勞厄法照片X光的波長(zhǎng)00h cV e01.24nm(kV)hceVVX射線攝譜儀射線攝譜儀(1) 連續(xù)譜連續(xù)譜 波長(zhǎng)連續(xù)變化的連續(xù)譜，它的最小波長(zhǎng)只與外加電壓有關(guān)0hcVe0hvVe012398.10V埃軔致輻射：高速電子打到靶上，受靶的作用而突然減速，其一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為輻射能放出射線。最小波長(zhǎng)只依賴于外加電壓V，V越大， 越小，與靶材料無(wú)關(guān)。 min連續(xù)譜，鎢靶，不同的電壓 X射線由兩部分構(gòu)成，一是波長(zhǎng)連續(xù)變化的連續(xù)譜，它的最小波長(zhǎng)只與外加電壓有

6、關(guān)；另一部分是具有分立波長(zhǎng)的線狀譜，波長(zhǎng)取決于靶材料，稱為標(biāo)識(shí)譜或者特征譜。 K(1)Z莫塞萊定律（測(cè)定原子序數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式）：醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)X線成像原理線成像原理X線的本質(zhì)：電磁輻射線的本質(zhì)：電磁輻射常用常用X線診斷設(shè)備：線診斷設(shè)備： X線機(jī)、數(shù)字線機(jī)、數(shù)字X線攝影線攝影設(shè)備（設(shè)備（DSA、CR、DR）和）和X線計(jì)算機(jī)斷層掃線計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備（描設(shè)備（ X線線CT）等。）等。X射線成像原理射線成像原理X線的特征線的特征X射線與物質(zhì)間的相互作用射線與物質(zhì)間的相互作用(6點(diǎn)點(diǎn))（1）X射線的穿透作用。射線的穿透作用。 其貫穿本領(lǐng)的強(qiáng)弱與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)其貫穿本領(lǐng)的強(qiáng)弱與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān) X線的特征線的特征

7、X射線與物質(zhì)間的相互作用射線與物質(zhì)間的相互作用（2）X射線的熒光作用。射線的熒光作用。 X射線是肉眼看不見(jiàn)的，但當(dāng)它照射某些物質(zhì)時(shí)，如磷、鉑氰化射線是肉眼看不見(jiàn)的，但當(dāng)它照射某些物質(zhì)時(shí)，如磷、鉑氰化鋇、硫化鋅、鎢酸鈣等，能夠鋇、硫化鋅、鎢酸鈣等，能夠使這些物質(zhì)的原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們使這些物質(zhì)的原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們回到基態(tài)時(shí)就能夠發(fā)出熒光回到基態(tài)時(shí)就能夠發(fā)出熒光，這類物質(zhì)稱熒光物質(zhì)。，這類物質(zhì)稱熒光物質(zhì)。 醫(yī)學(xué)中透視用的熒光屏、醫(yī)學(xué)中透視用的熒光屏、X射線攝影用的增感屏、影像增強(qiáng)器中射線攝影用的增感屏、影像增強(qiáng)器中的輸入屏和輸出屏都是利用熒光特性做成的。的輸入屏和輸出屏都是利用熒光特性做成的

8、。 （3）X射線的電離作用。射線的電離作用。 X射線雖然不帶電，但具有足夠能量的射線雖然不帶電，但具有足夠能量的X光子能夠撞擊原子中軌道光子能夠撞擊原子中軌道電子，使之脫離原子產(chǎn)生一次電離。電子，使之脫離原子產(chǎn)生一次電離。 鈾的化合物-鉀鈾酰硫酸鹽晶體X線的特征線的特征2. X射線與物質(zhì)間的相互作用射線與物質(zhì)間的相互作用（4）X射線的熱作用。射線的熱作用。 X射線被物質(zhì)吸收，絕大部分最終都將變?yōu)闊崮埽刮矬w溫升。射線被物質(zhì)吸收，絕大部分最終都將變?yōu)闊崮埽刮矬w溫升。 （5）X射線的化學(xué)效應(yīng)射線的化學(xué)效應(yīng)(感光作用和著色作用感光作用和著色作用)。 X射線能使多種物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。例如，射線能使

9、多種物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。例如，X射線能使照相底片射線能使照相底片感光。感光。（6）X射線的生物效應(yīng)。射線的生物效應(yīng)。 生物組織經(jīng)一定量的生物組織經(jīng)一定量的X射線照射，會(huì)產(chǎn)生電離和激發(fā)，使細(xì)胞受到射線照射，會(huì)產(chǎn)生電離和激發(fā)，使細(xì)胞受到損傷、抑制、死亡或通過(guò)遺傳變異影響下一代，這種現(xiàn)象稱為損傷、抑制、死亡或通過(guò)遺傳變異影響下一代，這種現(xiàn)象稱為X射線射線的生物效應(yīng)。這個(gè)特性可充分應(yīng)用在腫瘤放射治療中。的生物效應(yīng)。這個(gè)特性可充分應(yīng)用在腫瘤放射治療中。醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)X射線成像原理射線成像原理當(dāng)高速帶電粒子撞擊物質(zhì)受阻而突然減速時(shí)，能夠產(chǎn)生當(dāng)高速帶電粒子撞擊物質(zhì)受阻而突然減速時(shí)，能夠產(chǎn)生X 射線。醫(yī)學(xué)影像診斷所

10、用的射線。醫(yī)學(xué)影像診斷所用的X線產(chǎn)生設(shè)備是線產(chǎn)生設(shè)備是X線管（線管（X-ray tube，球管）。，球管）。1X射線的產(chǎn)生與之前的介紹是一樣的！射線的產(chǎn)生與之前的介紹是一樣的！X射線的產(chǎn)生需要的基本條件射線的產(chǎn)生需要的基本條件是：是：（1）有高速運(yùn)動(dòng)的電子流有高速運(yùn)動(dòng)的電子流；（2）有阻礙帶電粒子流運(yùn)動(dòng)的障礙物有阻礙帶電粒子流運(yùn)動(dòng)的障礙物（靶），用來(lái)阻止（靶），用來(lái)阻止電子的運(yùn)動(dòng)，可以將電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥倪\(yùn)動(dòng)，可以將電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線光子的能量。射線光子的能量。醫(yī)用醫(yī)用X射線成像原理射線成像原理X射線的產(chǎn)生裝置射線的產(chǎn)生裝置主要包括三部分：主要包括三部分：X射線管射線管、高壓電源高壓電

11、源及及低壓電源低壓電源，如圖，如圖3.2所示。所示。 醫(yī)用醫(yī)用X射線成像原理射線成像原理2. X射線人體成像射線人體成像使用使用X射線對(duì)人體進(jìn)行照射，并對(duì)透過(guò)人體的射線對(duì)人體進(jìn)行照射，并對(duì)透過(guò)人體的X射線信息射線信息進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換，并使之成為可見(jiàn)的影像，即為進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換，并使之成為可見(jiàn)的影像，即為X射線人射線人體成像。體成像。（1）X射線影像的形成射線影像的形成 當(dāng)一束強(qiáng)度大致均勻的當(dāng)一束強(qiáng)度大致均勻的X射線投照到人體上時(shí)，射線投照到人體上時(shí)，X 射線一射線一部分被吸收和散射部分被吸收和散射，另一部分透過(guò)人體沿原方向傳播另一部分透過(guò)人體沿原方向傳播。由。由于人體各種組織、器官在密度、厚度等方

12、面存在差異，對(duì)于人體各種組織、器官在密度、厚度等方面存在差異，對(duì)投照在其上的投照在其上的X射線的吸收量各不相同，從而使透過(guò)人體射線的吸收量各不相同，從而使透過(guò)人體的的X射線強(qiáng)度分布發(fā)生變化并攜帶人體信息，最終形成射線強(qiáng)度分布發(fā)生變化并攜帶人體信息，最終形成X射線信息影像。射線信息影像。X射線信息影像不能為人眼識(shí)別，須通過(guò)射線信息影像不能為人眼識(shí)別，須通過(guò)一定的采集、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)將一定的采集、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)將X射線強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換成可射線強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的強(qiáng)度分布，形成人眼可見(jiàn)的見(jiàn)光的強(qiáng)度分布，形成人眼可見(jiàn)的X 射線影像。射線影像。X射線成像原理射線成像原理 人體不同密度組織與人體不同密度組織

13、與X線成像的關(guān)系線成像的關(guān)系 X射線成像原理射線成像原理 人體不同厚度組織與人體不同厚度組織與X線成像的關(guān)系線成像的關(guān)系 密度和厚度密度和厚度的差別是產(chǎn)生影像對(duì)比的基礎(chǔ)，是的差別是產(chǎn)生影像對(duì)比的基礎(chǔ)，是X線成像的基本條件線成像的基本條件醫(yī)用醫(yī)用X射線成像原理射線成像原理2. X射線人體成像射線人體成像醫(yī)用醫(yī)用X 射線膠片射線膠片醫(yī)用醫(yī)用X射線膠片的主要特性是感光，即接受光照并產(chǎn)生化射線膠片的主要特性是感光，即接受光照并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成潛影（學(xué)反應(yīng)，形成潛影（latent image）。）。 經(jīng)過(guò)對(duì)有潛影的膠片處理（暗室處理：顯影、定影等）。使膠片上的經(jīng)過(guò)對(duì)有潛影的膠片處理（暗室處理：顯影、定

14、影等）。使膠片上的潛影轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的不同灰度（潛影轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的不同灰度（gray）分布像。）分布像。膠片感光層中的膠片感光層中的鹵化銀鹵化銀還原成金屬銀殘留在膠片上，形成由金屬銀顆還原成金屬銀殘留在膠片上，形成由金屬銀顆粒組成的黑色影像。人體組織的物質(zhì)粒組成的黑色影像。人體組織的物質(zhì)密度高密度高，則吸收，則吸收X射線多，在射線多，在X射射線照片上銀顆粒少，所以線照片上銀顆粒少，所以呈白影呈白影；反之，如果組織的物質(zhì)；反之，如果組織的物質(zhì)密度低密度低，則，則吸收吸收X射線少，在射線少，在X射線照片上銀顆粒比較多，射線照片上銀顆粒比較多，呈黑影呈黑影。人體組織的物質(zhì)人體組織的物質(zhì)密度高的密度高的部分

15、部分，則吸收，則吸收X射線多，射線多，在在X射線照片上形成的射線照片上形成的銀銀顆粒少顆粒少，所以，所以呈白影呈白影；反；反之，如果組織的物質(zhì)之，如果組織的物質(zhì)密度密度低低，則吸收，則吸收X射線少，在射線少，在X射線照片上銀顆粒比較多，射線照片上銀顆粒比較多，呈黑影呈黑影。常見(jiàn)胸透照片CT醫(yī)療成像技術(shù)簡(jiǎn)介CT，電子計(jì)算機(jī)斷層掃描，它是利用精確準(zhǔn)直的X線束與靈敏度極高的探測(cè)器一同圍繞人體的某一部位作一個(gè)接一個(gè)的斷面掃描，是用X射線束對(duì)人體某部一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測(cè)器接收透過(guò)該層面的X射線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光后，由光電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（analog/digital conve

16、rter）轉(zhuǎn)為數(shù)字，輸入計(jì)算機(jī)處理成斷面圖像，進(jìn)一步處理可以疊加形成立體圖像！對(duì)于很多疾病的判別起到了非常重要的指導(dǎo)作用！自從X射線發(fā)現(xiàn)后，醫(yī)學(xué)上就開(kāi)始用它來(lái)探測(cè)人體疾病。但是，由于人體內(nèi)有些器官對(duì)X線的吸收差別極小，因此X射線對(duì)那些前后重疊的組織的病變就難以發(fā)現(xiàn)，二維的平面圖像信息顯然是不足夠很多疾病的判斷的！缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：輻射劑量較普通X線機(jī)大的多，故懷孕婦女不能做CT檢查。CT醫(yī)療成像原子核的基本性質(zhì)原子核的基本性質(zhì)u008665. 1nmu007277. 1pmKgNCu270121066055.1121121211原子質(zhì)量AZX123111HHH67343322;LiLiHeHe1/3

17、001.2 1.5Rr ArfmAArRV30334343173030/103 . 24334mkgruArAuVmA1 1 2 ！1.0086651.0072772.015942npmmuuu2.013552dmu氘 核 質(zhì) 量 ：()pnmZmAZ mm2()pnEZmAZ mm C22()()pnnHEZmAZ mm CZmAZ mmC原子原子94B e2H()nEZmAZ mmC原子原子21.0078252 45 1.00866549.0121858uC58.163Mev 21931.5uCMeV 核子的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。核子的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。 中等質(zhì)量核（中等質(zhì)量核

18、（A=40-120）的結(jié)合能約為）的結(jié)合能約為8.6Mev，原子核穩(wěn)定。，原子核穩(wěn)定。 質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)小于小于30的核結(jié)合能有周期性變化，最大值在的核結(jié)合能有周期性變化，最大值在A等于等于4 的倍數(shù)。的倍數(shù)。 質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)30以上的以上的核，平均結(jié)合能變化不大，顯示了核力的飽和性。核，平均結(jié)合能變化不大，顯示了核力的飽和性。原子核的放射性衰變?cè)雍说姆派湫运プ兯プ兯プ兯プ兎派湫运プ儭㈦娮?、放射性衰變、電子、X X射線是十九世紀(jì)末的三大重要發(fā)現(xiàn)，揭開(kāi)了近射線是十九世紀(jì)末的三大重要發(fā)現(xiàn)，揭開(kāi)了近代物理的序幕。代物理的序幕。居里夫人和鐳HeYXAZAZ4242HeRnRa42222862268842H

19、e放射性原子核自發(fā)地放射出放射性原子核自發(fā)地放射出 粒子（粒子（ ），而轉(zhuǎn)變成），而轉(zhuǎn)變成另一種原子核的過(guò)程。方程表示為：另一種原子核的過(guò)程。方程表示為： 衰變衰變 衰變的機(jī)制衰變的機(jī)制2382344UThHe)(354234904 . 22 . 144. 122313131312MevAAZRZeEc deeEEEEEE子 011XYAAZZee 011XYAAZZeedNNdt0tNNe:0NNln 20.693T00ttdNIN eI edt放射性活度（強(qiáng)度）2127842389921163 104.5 1020.4PoTUTCT，衰變，s，衰變，年，衰變，分0000011tttN ed

20、tNN（-dN)11.44T原子核反應(yīng)原子核反應(yīng) 1. 1441177218NHeHO1417( , )NpO19191919年由盧瑟福完成的。這是人類歷年由盧瑟福完成的。這是人類歷史上第一次人工實(shí)現(xiàn)史上第一次人工實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)金術(shù)點(diǎn)金術(shù)”：使：使一個(gè)元素變成了另一個(gè)元素。一個(gè)元素變成了另一個(gè)元素。 19321932年，英國(guó)考克拉夫和瓦爾頓發(fā)明高壓倍加器，并把質(zhì)子加速到年，英國(guó)考克拉夫和瓦爾頓發(fā)明高壓倍加器，并把質(zhì)子加速到500500千電子伏，實(shí)現(xiàn)如下核反應(yīng)：千電子伏，實(shí)現(xiàn)如下核反應(yīng)：HeHeHLi42421173 ),(73pLi釋放的釋放的 粒子每一個(gè)具有粒子每一個(gè)具有8.9MeV8.9MeV動(dòng)

21、能動(dòng)能; ; 輸入能量為輸入能量為0.5MeV,0.5MeV,因此因此, ,凈輸出凈輸出能量能量17.8MeV17.8MeV。這是釋放核能的一個(gè)例子。這是釋放核能的一個(gè)例子。 CnBe129 19321932年，查德威克。在這之前，年，查德威克。在這之前，博思和貝克爾及約里奧博思和貝克爾及約里奧 居里夫婦都進(jìn)居里夫婦都進(jìn)行過(guò)這一實(shí)驗(yàn)行過(guò)這一實(shí)驗(yàn)，但他們把產(chǎn)物中子理解為，但他們把產(chǎn)物中子理解為 光子。光子。：反應(yīng)前后總電荷數(shù)不變反應(yīng)前后總電荷數(shù)不變反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不變反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不變反應(yīng)前后總的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量反應(yīng)前后總的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 保保 持不變持不變202/ 1m mc反應(yīng)前后粒子的總能量反應(yīng)前后粒

22、子的總能量 守恒守恒 2mcE 20cmEk動(dòng)量動(dòng)量守恒：即反應(yīng)前后體系的總動(dòng)量守恒守恒：即反應(yīng)前后體系的總動(dòng)量守恒3. 3. 原子能的利用原子能的利用2351920UnXYE=21188.5-2367 .6=210(MeV)MeVMeVE2323總1038. 521010022. 62351一克鈾：一克鈾： 物理學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)重核裂變的歷史過(guò)程：當(dāng)裂變材料的體積大于當(dāng)裂變材料的體積大于臨界臨界 體積體積時(shí)，才使中子數(shù)量迅速增加，如果小于臨時(shí)，才使中子數(shù)量迅速增加，如果小于臨界體積，很多中子會(huì)跑出界體積，很多中子會(huì)跑出U235U235塊塊表面，則無(wú)法表面，則無(wú)法引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，大約引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，大

23、約U235U235的臨界質(zhì)量大約為的臨界質(zhì)量大約為5050公斤左右，如果外面加上中子反射層，可以讓公斤左右，如果外面加上中子反射層，可以讓這個(gè)質(zhì)量大大減少，大約這個(gè)質(zhì)量大大減少，大約1616公斤左右，跟一個(gè)公斤左右，跟一個(gè)柚子那么大的柚子那么大的U235 U235 即可達(dá)到足夠大！即可達(dá)到足夠大！原子彈原子彈原子彈的設(shè)計(jì)原理原子彈的設(shè)計(jì)原理：使最初處于次臨界狀態(tài)的核裂變材料在瞬間達(dá)到超臨界狀態(tài)，并適時(shí)用中子源提供適量中子，觸發(fā)裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生核爆。原子彈的核原料原子彈的核原料：235U和239Pu一般情況下，一顆原子彈的核裝藥一般為1525公斤鈾235（或68公斤钚239）曼哈頓工程造出的

24、世界上第一顆原子彈：瘦子1941年12月7日，珍珠港事件爆發(fā)，這成為美國(guó)加快研制原子彈的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。1942年6月，美國(guó)的原子彈研制計(jì)劃正式開(kāi)始，由于研制計(jì)劃的總部開(kāi)始設(shè)在紐約市曼哈頓區(qū)，因此叫做“曼哈頓計(jì)劃”。全美國(guó)只有12人知道整個(gè)工程情況，很多人甚至都不知道自己正在從事原子彈的研制，即便是高層領(lǐng)導(dǎo)，也只有羅斯福總統(tǒng)和陸軍部長(zhǎng)史汀生知道內(nèi)情。當(dāng)時(shí)的副總統(tǒng)杜魯門(mén)都不知道美國(guó)還有原子彈的研制計(jì)劃。1945年7月初，也就是希特勒自殺后的2個(gè)月，美國(guó)3顆原子彈終于制造出來(lái)，被分別命名為“瘦子”13000噸TNT當(dāng)量“小男孩”17000噸TNT當(dāng)量（廣島）和“胖子”20000噸TNT當(dāng)量（長(zhǎng)崎）。基

25、本設(shè)計(jì)：槍式構(gòu)造，一部分核原料和另一部分原料分開(kāi)，分別都小于臨界體積，引爆時(shí)將其中一部分射向另一部分，從而超過(guò)臨界體積引起連鎖裂變！瘦子，小男孩 第一顆原子彈 “瘦子”的基本結(jié)構(gòu) 廣島 小男孩 ：U235槍式結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)崎胖子：钚239，內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)廣島小男孩，和長(zhǎng)崎胖子的核燃料和結(jié)構(gòu)不同制造原子彈百分之九十的工作就在制造原子彈百分之九十的工作就在-純純鈾鈾235的開(kāi)采和提純的開(kāi)采和提純礦石開(kāi)采粗加工氣體擴(kuò)散法電磁分離法精制氣體離心法氣體氟化純U235同位素分離制備成“黃餅”Yellow Cake翠砷銅鈾礦 板鉛鈾礦 釩鈣鈾礦 菱鎂鈾礦 斜水鉬鈾礦 常見(jiàn)天然鈾礦結(jié)晶體粗煉后的產(chǎn)物”黃餅”Yellow

26、 Cake黃餅是核工業(yè)中的一種重要原料，也是核燃料生產(chǎn)過(guò)程中必需的一種中間產(chǎn)品，其主要成分是八氧化三鈾，重鈾酸八氧化三鈾，重鈾酸銨等黃色銨等黃色，常加工成餅狀，因此得名?！包S餅”通常是從粉碎后的天然鈾礦石經(jīng)多種溶液萃取，沉淀而來(lái) .主要成分（NH）4U207(重鈾酸銨)八氧化三鈾，八氧化三鈾，目前，黃餅中已確定的成分包括重鈾酸鈉，重鈾酸氨，硫酸鈾，鈾的氫氧化物以及其它形式的鈾的氧化物。Yellow Cake黃餅進(jìn)一步氟化為為四氟化鈾氣體,繼而轉(zhuǎn)化成六氟化鈾氣體，氣態(tài)狀態(tài)可以用氣體擴(kuò)散法，電磁分離法，和離心機(jī)法分離出同位素U235！ 成熟的老工業(yè)法：氣體擴(kuò)散法 鈾235原子約比鈾238原子輕1.

27、3，所以，如果讓這兩種原子處于氣體狀態(tài)，鈾235原子就會(huì)比鈾238原子運(yùn)動(dòng)得稍快一點(diǎn)，這兩種原子就可稍稍得到分離。氣體擴(kuò)散法所依據(jù)的，就是鈾235原子和鈾238原子之間這一微小差異 這種方法首先要求將鈾轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w化合物。到目前為止，六氟化鈾是唯一合適的一種氣體化合物。這種化合物在常溫常壓下是固體，但很容易揮發(fā)，在56.4即升華成氣體。鈾235的六氟化鈾分子與鈾238的六氟化鈾分子相比，兩者質(zhì)量相差不到百分之一，但事實(shí)證明，這個(gè)差異已足以使它們分離了。 六氟化鈾氣體在加壓下被迫通過(guò)一個(gè)多孔隔膜。含有鈾235的分子通過(guò)多孔隔膜稍快一點(diǎn)，所以每通過(guò)一個(gè)多孔隔膜，油235的含量就會(huì)稍增加一點(diǎn)，但是增加

28、的程度是十分微小的。因此，要獲得幾乎純的鈾235，就需要讓六氟化鈾氣體數(shù)千次地通過(guò)多孔隔膜。 氣體擴(kuò)散法投資很高，耗電量很大電磁分離法目前分離鈾同位素的通用辦法：離心機(jī)通過(guò)氣體離心機(jī)的級(jí)聯(lián)，將天然鈾中豐度0.7%左右的鈾235，逐步濃縮到4.5%左右;這個(gè)過(guò)程是以六氟化鈾形式存在的.提取好的鈾235金屬钚钚-239的提取的提取核武器關(guān)鍵技術(shù)核武器關(guān)鍵技術(shù)-钚生產(chǎn)钚生產(chǎn)钚钚-239原子彈另外一個(gè)核心部件：用以引爆的中子源 原子彈中的原子彈中的中子源中子源均為小型中子源，主要是均為小型中子源，主要是自發(fā)自發(fā)裂變中子源裂變中子源，對(duì)放射性同位素自發(fā)裂變產(chǎn)生的，對(duì)放射性同位素自發(fā)裂變產(chǎn)生的粒子（即中子

29、）輻射進(jìn)行聚焦，照射在原子彈的粒子（即中子）輻射進(jìn)行聚焦，照射在原子彈的反應(yīng)堆芯上，引發(fā)劇烈的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而反應(yīng)堆芯上，引發(fā)劇烈的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而引爆原子彈。（反應(yīng)堆芯是由適當(dāng)數(shù)量高濃縮濃引爆原子彈。（反應(yīng)堆芯是由適當(dāng)數(shù)量高濃縮濃縮鈾或钚組裝成一個(gè)超臨界質(zhì)量體，只要核鏈?zhǔn)娇s鈾或钚組裝成一個(gè)超臨界質(zhì)量體，只要核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)開(kāi)始就會(huì)的大幅增長(zhǎng)的數(shù)量）反應(yīng)開(kāi)始就會(huì)的大幅增長(zhǎng)的數(shù)量） 中子源中子源平時(shí)處于屏蔽狀態(tài)，另外，反射聚焦鏡平時(shí)處于屏蔽狀態(tài)，另外，反射聚焦鏡也未旋轉(zhuǎn)至最佳角度，啟動(dòng)受定時(shí)器等裝置控制，也未旋轉(zhuǎn)至最佳角度，啟動(dòng)受定時(shí)器等裝置控制，故中子源在為啟動(dòng)起爆指令前都在原子彈內(nèi)是很故中

30、子源在為啟動(dòng)起爆指令前都在原子彈內(nèi)是很穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。 最常用的自發(fā)裂變?cè)词欠派湫缘耐凰刈畛Ｓ玫淖园l(fā)裂變?cè)词欠派湫缘耐凰仫达? 252。 CF - 252 中子源通常是中子源通常是1 / 4“至至1 / 2”直徑直徑1“到到2”的長(zhǎng)度。當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。當(dāng)購(gòu)買(mǎi)新的一個(gè)典型的購(gòu)買(mǎi)新的一個(gè)典型的CF - 252中子源放出中子源放出1 107到到1 109個(gè)中子每秒之間，但與一個(gè)半衰期為個(gè)中子每秒之間，但與一個(gè)半衰期為2.6年，這個(gè)年，這個(gè)中子的產(chǎn)出率下降到這原始值在中子的產(chǎn)出率下降到這原始值在2.6年的一半。一個(gè)典型年的一半。一個(gè)典型的的CF - 252中子源的價(jià)格是由中子源的價(jià)格是由150,000至

31、至200,000美元。美元。锎锎- 252中國(guó)四種新型核導(dǎo)彈4種種“可攜帶核彈頭可攜帶核彈頭的彈道導(dǎo)彈的彈道導(dǎo)彈”（“東東風(fēng)風(fēng)-21”、“東風(fēng)東風(fēng)-31”、“東風(fēng)東風(fēng)-31A”和和“巨巨浪浪-2”），東風(fēng)-21中程彈道導(dǎo)彈 東風(fēng)東風(fēng)-21是中國(guó)是中國(guó)80年代末年代末研制成功的機(jī)動(dòng)式中程研制成功的機(jī)動(dòng)式中程彈道導(dǎo)彈，是解放軍首彈道導(dǎo)彈，是解放軍首款固體燃料式彈道導(dǎo)彈，款固體燃料式彈道導(dǎo)彈，編制在二炮部隊(duì)下，在編制在二炮部隊(duì)下，在二炮發(fā)展史上具有里程二炮發(fā)展史上具有里程碑意義。其最新改型通碑意義。其最新改型通過(guò)加裝多種彈頭誘餌使過(guò)加裝多種彈頭誘餌使反導(dǎo)系統(tǒng)難以攔截，而反導(dǎo)系統(tǒng)難以攔截，而且打擊精度

32、接近巡航導(dǎo)且打擊精度接近巡航導(dǎo)彈，因而成為解放軍裝彈，因而成為解放軍裝備序列中先進(jìn)程度最高備序列中先進(jìn)程度最高的武器。的武器。東風(fēng)-31戰(zhàn)略核導(dǎo)彈東風(fēng)31型導(dǎo)彈性能：射程：8000公里彈長(zhǎng)：13.4米 彈徑：2.25米 彈重： 17噸 彈頭：一枚700公斤的100萬(wàn)噸級(jí)當(dāng)量熱核彈頭；或3枚9萬(wàn)噸級(jí)當(dāng)量分導(dǎo)熱核彈頭 巨浪2北約編號(hào)：CSS-N-4Mod0 結(jié)構(gòu)：兩級(jí) 燃料：一級(jí)固體，二級(jí)液體 最大射程：8600公里 質(zhì)量：23噸 彈頭當(dāng)量：3-4枚25萬(wàn)噸分導(dǎo)式熱核彈頭 核電站 核電站是怎樣發(fā)電的呢？簡(jiǎn)而言之，它是以核反應(yīng)堆來(lái)代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式的“燃燒”產(chǎn)生熱量，

33、來(lái)加熱水使之變成蒸汽。使核能轉(zhuǎn)變成熱能。蒸汽通過(guò)管路進(jìn)入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，使機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。一般說(shuō)來(lái)，核電站的汽輪發(fā)電機(jī)及電器設(shè)備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在于核反應(yīng)堆。原子核 核子平均結(jié)合能（MeV） 1H2H3H3He4He6Li7Li01.1112.8262.5727.07205.33035.60442231114.0HHHpMeV2231123.25HHHenMeV324212HeHHe18.3MeVp總效果：總效果：2412622243.15HHepnMeV23411217.6HHHenMeV2011.44.144410cefmMeVEKeVrfm85.6 10 K氫彈氫彈 氫彈是利用氘氫彈是利用氘(重氫重氫) 、氚、氚(超重氫超重氫) 等輕原子核的聚等輕原子核的聚變反應(yīng)瞬時(shí)釋放出巨大能量而實(shí)現(xiàn)爆炸的核武器變反應(yīng)瞬時(shí)釋放出巨大能量而實(shí)現(xiàn)爆炸的核武器,也稱也稱