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问答题案例分析题"宇宙大爆炸理论"是现代宇宙学中最著名、也是影响最大的一种学说,它是到目前为止关于宇宙起源最科学的一种解释。大爆炸理论的主要观点是认为整个宇宙最初聚集在一个"原始原子"中,然后突然发生大爆炸,使物质密度和整体温度发生极大的变化,宇宙从密到稀、从热到冷、不断膨胀,形成了我们的宇宙。最初那次无与伦比的爆发就被称为大爆炸,这一关于宇宙起源的理论则被称为宇宙大爆炸理论。 宇宙大爆炸的设想最早由比利时天文学家勒梅特在1932年提出的。到20世纪40年代,美籍俄国天体物理学家伽莫夫提出了热大爆炸宇宙学模型,并计算出爆炸之初的温度、温度下降的快慢等,论述了演化过程。大爆炸理论在诞生之初由于缺少证据并不使人信服,但到20世纪60年代以后,越来越多的证据表明大爆炸模型在科学上有强大的说服力,特别是英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金对于宇宙起源后最初的宇宙演化图景作了清晰的阐释。 根据大爆炸宇宙学模型的观点,宇宙150亿年的演化过程分为三个阶段。大爆炸的整个过程大致是这样的: 大约150亿年前,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大。突然,这个体积无限小的点在四大皆空的"无"中爆炸了,时空从这一刻开始,物质和能量也由此产生,这就是宇宙创生的大爆炸。人们将大爆炸的瞬间定作宇宙年龄"零"时。 第一个阶段是宇宙的极早期。宇宙处在这个阶段的时间特别短,短到以秒来计,称为"太初第一秒"。刚刚诞生的宇宙是极其炽热、致密的,随着宇宙迅速膨胀,温度急速下降。宇宙年龄为百分之一秒时,温度降到1000亿摄氏度;宇宙年龄为1秒时,温度继续下降,但仍高达100亿摄氏度以上,宇宙处于一种极高温、高密的状态,当时除氢核--质子外,没有任何别的化学元素,只有由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成,成为热平衡状态下的"宇宙汤"。 第二个阶段是化学元素形成阶段,大约经历了数千年。在"宇宙汤"中,原先只有中子和质子等基本粒子,在3分钟时中子和质子之比为1:6。随着整个宇宙体系不断膨胀,温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,化学元素从这一时期开始形成。中子和质子开始核聚变过程,所有的中子迅速合成到由两个质子和两个中子构成的氦核中,余下的质子就成了氢原子核。这一时期还合成了其它轻元素,如氘、氚、锂、铍、硼等,数量较少。各种轻元素的丰度--即与氢的比例在宇宙各处都是一定的。当温度进一步下降到100万摄氏度时,早期形成化学元素的过程就结束了。此时宇宙间的物质主要是这些比较轻的原子核和质子、电子、光子等,光辐射很强,但是没有星体存在。 第三个阶段是宇宙形成的主体阶段。这个阶段的时间最长,至今我们仍生活在这一阶段中。这一阶段起始于温度降到几千摄氏度时,此时上述各种原子核开始与电子结合为中性原子,这一过程称为复合。由于温度的降低,辐射也逐步减弱,宇宙间主要是气态物质,这些物质的微粒相互吸引、融合,形成越来越大的团块。又过了几十亿年,中性原子在引力作用下逐渐聚集,先后形成了各级天体。气体逐渐凝聚成星云,并逐渐演化成星系、恒星和行星,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天所看到的五彩缤纷的星空世界。在个别天体上还出现了生命现象,人类也终于在地球上诞生了。简述伽莫夫、斯蒂芬·霍金对大爆炸理论的贡献?
参考答案 美籍俄国天体物理学家伽莫夫提出了热大爆炸宇宙学模型,并计算出爆炸之初的温度、温度下降的快慢等,论述了演化过程。英国著名理...

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1.问答题"宇宙大爆炸理论"是现代宇宙学中最著名、也是影响最大的一种学说,它是到目前为止关于宇宙起源最科学的一种解释。大爆炸理论的主要观点是认为整个宇宙最初聚集在一个"原始原子"中,然后突然发生大爆炸,使物质密度和整体温度发生极大的变化,宇宙从密到稀、从热到冷、不断膨胀,形成了我们的宇宙。最初那次无与伦比的爆发就被称为大爆炸,这一关于宇宙起源的理论则被称为宇宙大爆炸理论。 宇宙大爆炸的设想最早由比利时天文学家勒梅特在1932年提出的。到20世纪40年代,美籍俄国天体物理学家伽莫夫提出了热大爆炸宇宙学模型,并计算出爆炸之初的温度、温度下降的快慢等,论述了演化过程。大爆炸理论在诞生之初由于缺少证据并不使人信服,但到20世纪60年代以后,越来越多的证据表明大爆炸模型在科学上有强大的说服力,特别是英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金对于宇宙起源后最初的宇宙演化图景作了清晰的阐释。 根据大爆炸宇宙学模型的观点,宇宙150亿年的演化过程分为三个阶段。大爆炸的整个过程大致是这样的: 大约150亿年前,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大。突然,这个体积无限小的点在四大皆空的"无"中爆炸了,时空从这一刻开始,物质和能量也由此产生,这就是宇宙创生的大爆炸。人们将大爆炸的瞬间定作宇宙年龄"零"时。 第一个阶段是宇宙的极早期。宇宙处在这个阶段的时间特别短,短到以秒来计,称为"太初第一秒"。刚刚诞生的宇宙是极其炽热、致密的,随着宇宙迅速膨胀,温度急速下降。宇宙年龄为百分之一秒时,温度降到1000亿摄氏度;宇宙年龄为1秒时,温度继续下降,但仍高达100亿摄氏度以上,宇宙处于一种极高温、高密的状态,当时除氢核--质子外,没有任何别的化学元素,只有由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成,成为热平衡状态下的"宇宙汤"。 第二个阶段是化学元素形成阶段,大约经历了数千年。在"宇宙汤"中,原先只有中子和质子等基本粒子,在3分钟时中子和质子之比为1:6。随着整个宇宙体系不断膨胀,温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,化学元素从这一时期开始形成。中子和质子开始核聚变过程,所有的中子迅速合成到由两个质子和两个中子构成的氦核中,余下的质子就成了氢原子核。这一时期还合成了其它轻元素,如氘、氚、锂、铍、硼等,数量较少。各种轻元素的丰度--即与氢的比例在宇宙各处都是一定的。当温度进一步下降到100万摄氏度时,早期形成化学元素的过程就结束了。此时宇宙间的物质主要是这些比较轻的原子核和质子、电子、光子等,光辐射很强,但是没有星体存在。 第三个阶段是宇宙形成的主体阶段。这个阶段的时间最长,至今我们仍生活在这一阶段中。这一阶段起始于温度降到几千摄氏度时,此时上述各种原子核开始与电子结合为中性原子,这一过程称为复合。由于温度的降低,辐射也逐步减弱,宇宙间主要是气态物质,这些物质的微粒相互吸引、融合,形成越来越大的团块。又过了几十亿年,中性原子在引力作用下逐渐聚集,先后形成了各级天体。气体逐渐凝聚成星云,并逐渐演化成星系、恒星和行星,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天所看到的五彩缤纷的星空世界。在个别天体上还出现了生命现象,人类也终于在地球上诞生了。试述大爆炸理论的主要观点?
参考答案大爆炸理论的主要观点是认为整个宇宙最初聚集在一个"原始原子"中,然后突然发生大爆炸,使物质密度和整体温度发生极大的变化,...
2.问答题

由于人们第一次认识到核能的巨大威力,是从日本广岛、长崎受到原子弹的袭击而得来的。不少人从此也形成了对核能的恐惧,认为核能是灾难、污染的化身。其实核能与传统能源相比的优点是明显的,概况说来是高效、清洁与安全。表2-2列出了各种能源的能量密度,从中可以确认核能是一种高效的能源。
清洁是指废物总量及其对环境的影响。一座1000MW的核电站每年卸出的燃烧后的核燃料(称作乏燃料)30余吨,其中绝大多数经处理后可回收利用,仅50余千克是真正待处置的"废物"。当然,由于这些都是放射性元素,处理时要解决特殊的科学技术问题。但总量少、总容积小是其基本特点。与此相比,一座同功率的燃煤电站每年需耗煤200余万吨,向环境排放的废物有650万吨CO、1.7万吨SO、4000吨NO及28吨烟灰。在烟灰中约含400吨有毒的重金属,如砷、汞、铅、镉。还有0.68克镭、4.3吨钍及2吨铀放射性物质随烟灰排放到大气中。煤电站排出的气体中,二氧化硫及氮氧化物是造成酸雨的根源,二氧化碳则是影响全球大气环境的温室气体,均属应限制及减少排放的对象。二氧化硫对人的健康是对人的健康是极为有害的,上述的排放量约为人群致死剂量的1/10。1952年12月伦敦发生"毒雾"事件,引起4000人死亡、10余万人生病,究其原因是由于当时气象条件使燃煤烟雾及二氧化硫不能及时扩散所致。
关于放射性安全问题,人类的生活环境中本来就存在天然放射性,来自于土壤、居室、空气及宇宙线这些放射性称为"天然本底"。由于核电站采取了严格的技术与管理,对核燃料在反应堆内、外的整个循环过程中,都采取了严密的与环境隔离的措施,周围居民因为核电站而受到的放射性污染只比"天然本底"增加了百分之一,而煤电站由于煤的吞吐量大,没有隔离防护措施,随烟灰排放的放射性物质对周围居民的影响比"天然本底"高一倍,其放射性污染也比核电站大得多。
由于人们对核能的认识是始于原子弹,不少人形成了对核能的恐惧。核电站不会像原子弹那样爆炸,因为核电站和原子弹所用的核燃料浓度不同,核电站动力堆的核燃料中,铀-235的浓度一般只占3%~4%,而原子弹的核燃料中,铀-235或钚-239的浓度必须在90%以上。因此核电站动力堆根本不具备原子弹那样的爆炸条件。万一"事故"一旦发生,由于核电站的反应堆内核燃料是分散放置的,铀会因热膨胀而散开,这样它就不可能像原子弹那样,"瞬间"把铀紧密地集聚在一起而引起爆炸。原子弹爆炸的大量放射性物质释放出来危害人类和生物,而反应堆中核燃料裂变后产生的放射性物质则被层层包围在三道屏障内。第一道是密封核燃料的包壳,万一包壳损坏还有压力壳和安全壳两道屏障,不会让放射性物质排放出去。
历史上核电站发生事故的记载有两次:美国三里岛事故和前苏联(乌克兰境内)切尔诺贝利事故。三里岛事故发生在1979年,由于二回路给水泵跳闸,引起一系列意外,致使反应堆内冷却剂沸腾,部分燃料露出了水面,从而最终导致2/3堆芯溶化。尽管由于堆芯溶化向安全壳释放出大量的放射性物质,但是由于有了安全壳的屏障,故从安全壳向环境释放放射物相对来说还是相当小的。它使周围居民受到的最大有效剂量为0.85mSv(毫希);在80km范围内,平均个人剂量为0.015mSv。这些数值均低于规定值,更远远低于其他人造辐射和天然辐射本底值,这说明了安全壳的有效性,由于它起屏障作用,即使发生了这样严重的事故,对环境和居民的影响也很小。1986年4月26日,切尔诺贝利核电站4号机组发生了人类历史上最大的一次核事故,所造成的放射性环境污染和辐射后果及其影响范围远比三里岛事故要严重得多。
切尔诺贝利事故释放到环境中放射总量为12×10Bq,其中I为(1.3~1.8)×10Bq,占堆芯中I总量的50%~60%。惰性气体为(6~7)×Bq,占堆芯中惰性气体量100%。切尔诺贝利事故使"清除人员"受到的平均剂量约100mSv;从厂区周围撤出的人员受到的剂量远远超过规定值,如近1万人平均受到大于50mBv剂量,近5000人受到大于100mSv的剂量,这相当于正常规定的10~20倍之多。总共有237名职业人员被确诊得了"辐射病",其中有31名职业人员死亡;但周围公众却无一人因此事故而死亡。切尔诺贝利事故的主要原因是安全设计有严重错误。例如:没有安全壳:这种石墨反应堆有正温度系数,即温度上升时,反应性增大等等。这些不安全因素在压水堆核电站上都不存在。其直接原因是工作人员一再违反操作规程,最后导致堆芯溶化和爆炸事故的发生。总结这些经验教训,抛弃选择石墨堆,认真改进安全设计,核电站的安全乃是有充分保证的。表2-3是对在反应堆厂址周围生活的居民各类事故引起的死亡人数的一个估计。

表2-3反应堆厂址周围1500万居民中各类事故引起的死亡人数的估计值
 

为什么说核能是安全的能源?
参考答案核能是安全的能源,核电站和原子弹所用的核燃料浓度不同,工作原理不同,不会发生类似原子弹的爆炸现象。核电站的乏燃料中的放射...
3.问答题

由于人们第一次认识到核能的巨大威力,是从日本广岛、长崎受到原子弹的袭击而得来的。不少人从此也形成了对核能的恐惧,认为核能是灾难、污染的化身。其实核能与传统能源相比的优点是明显的,概况说来是高效、清洁与安全。表2-2列出了各种能源的能量密度,从中可以确认核能是一种高效的能源。
清洁是指废物总量及其对环境的影响。一座1000MW的核电站每年卸出的燃烧后的核燃料(称作乏燃料)30余吨,其中绝大多数经处理后可回收利用,仅50余千克是真正待处置的"废物"。当然,由于这些都是放射性元素,处理时要解决特殊的科学技术问题。但总量少、总容积小是其基本特点。与此相比,一座同功率的燃煤电站每年需耗煤200余万吨,向环境排放的废物有650万吨CO、1.7万吨SO、4000吨NO及28吨烟灰。在烟灰中约含400吨有毒的重金属,如砷、汞、铅、镉。还有0.68克镭、4.3吨钍及2吨铀放射性物质随烟灰排放到大气中。煤电站排出的气体中,二氧化硫及氮氧化物是造成酸雨的根源,二氧化碳则是影响全球大气环境的温室气体,均属应限制及减少排放的对象。二氧化硫对人的健康是对人的健康是极为有害的,上述的排放量约为人群致死剂量的1/10。1952年12月伦敦发生"毒雾"事件,引起4000人死亡、10余万人生病,究其原因是由于当时气象条件使燃煤烟雾及二氧化硫不能及时扩散所致。
关于放射性安全问题,人类的生活环境中本来就存在天然放射性,来自于土壤、居室、空气及宇宙线这些放射性称为"天然本底"。由于核电站采取了严格的技术与管理,对核燃料在反应堆内、外的整个循环过程中,都采取了严密的与环境隔离的措施,周围居民因为核电站而受到的放射性污染只比"天然本底"增加了百分之一,而煤电站由于煤的吞吐量大,没有隔离防护措施,随烟灰排放的放射性物质对周围居民的影响比"天然本底"高一倍,其放射性污染也比核电站大得多。
由于人们对核能的认识是始于原子弹,不少人形成了对核能的恐惧。核电站不会像原子弹那样爆炸,因为核电站和原子弹所用的核燃料浓度不同,核电站动力堆的核燃料中,铀-235的浓度一般只占3%~4%,而原子弹的核燃料中,铀-235或钚-239的浓度必须在90%以上。因此核电站动力堆根本不具备原子弹那样的爆炸条件。万一"事故"一旦发生,由于核电站的反应堆内核燃料是分散放置的,铀会因热膨胀而散开,这样它就不可能像原子弹那样,"瞬间"把铀紧密地集聚在一起而引起爆炸。原子弹爆炸的大量放射性物质释放出来危害人类和生物,而反应堆中核燃料裂变后产生的放射性物质则被层层包围在三道屏障内。第一道是密封核燃料的包壳,万一包壳损坏还有压力壳和安全壳两道屏障,不会让放射性物质排放出去。
历史上核电站发生事故的记载有两次:美国三里岛事故和前苏联(乌克兰境内)切尔诺贝利事故。三里岛事故发生在1979年,由于二回路给水泵跳闸,引起一系列意外,致使反应堆内冷却剂沸腾,部分燃料露出了水面,从而最终导致2/3堆芯溶化。尽管由于堆芯溶化向安全壳释放出大量的放射性物质,但是由于有了安全壳的屏障,故从安全壳向环境释放放射物相对来说还是相当小的。它使周围居民受到的最大有效剂量为0.85mSv(毫希);在80km范围内,平均个人剂量为0.015mSv。这些数值均低于规定值,更远远低于其他人造辐射和天然辐射本底值,这说明了安全壳的有效性,由于它起屏障作用,即使发生了这样严重的事故,对环境和居民的影响也很小。1986年4月26日,切尔诺贝利核电站4号机组发生了人类历史上最大的一次核事故,所造成的放射性环境污染和辐射后果及其影响范围远比三里岛事故要严重得多。
切尔诺贝利事故释放到环境中放射总量为12×10Bq,其中I为(1.3~1.8)×10Bq,占堆芯中I总量的50%~60%。惰性气体为(6~7)×Bq,占堆芯中惰性气体量100%。切尔诺贝利事故使"清除人员"受到的平均剂量约100mSv;从厂区周围撤出的人员受到的剂量远远超过规定值,如近1万人平均受到大于50mBv剂量,近5000人受到大于100mSv的剂量,这相当于正常规定的10~20倍之多。总共有237名职业人员被确诊得了"辐射病",其中有31名职业人员死亡;但周围公众却无一人因此事故而死亡。切尔诺贝利事故的主要原因是安全设计有严重错误。例如:没有安全壳:这种石墨反应堆有正温度系数,即温度上升时,反应性增大等等。这些不安全因素在压水堆核电站上都不存在。其直接原因是工作人员一再违反操作规程,最后导致堆芯溶化和爆炸事故的发生。总结这些经验教训,抛弃选择石墨堆,认真改进安全设计,核电站的安全乃是有充分保证的。表2-3是对在反应堆厂址周围生活的居民各类事故引起的死亡人数的一个估计。

表2-3反应堆厂址周围1500万居民中各类事故引起的死亡人数的估计值
 

为什么说核能是清洁的能源?
参考答案核能是清洁的能源,一座核电站每年卸出的燃烧后的乏燃料所产生的污染要比一座同功率的燃煤电站所产生的污染要小得多。当然,由于...
4.问答题

由于人们第一次认识到核能的巨大威力,是从日本广岛、长崎受到原子弹的袭击而得来的。不少人从此也形成了对核能的恐惧,认为核能是灾难、污染的化身。其实核能与传统能源相比的优点是明显的,概况说来是高效、清洁与安全。表2-2列出了各种能源的能量密度,从中可以确认核能是一种高效的能源。
清洁是指废物总量及其对环境的影响。一座1000MW的核电站每年卸出的燃烧后的核燃料(称作乏燃料)30余吨,其中绝大多数经处理后可回收利用,仅50余千克是真正待处置的"废物"。当然,由于这些都是放射性元素,处理时要解决特殊的科学技术问题。但总量少、总容积小是其基本特点。与此相比,一座同功率的燃煤电站每年需耗煤200余万吨,向环境排放的废物有650万吨CO、1.7万吨SO、4000吨NO及28吨烟灰。在烟灰中约含400吨有毒的重金属,如砷、汞、铅、镉。还有0.68克镭、4.3吨钍及2吨铀放射性物质随烟灰排放到大气中。煤电站排出的气体中,二氧化硫及氮氧化物是造成酸雨的根源,二氧化碳则是影响全球大气环境的温室气体,均属应限制及减少排放的对象。二氧化硫对人的健康是对人的健康是极为有害的,上述的排放量约为人群致死剂量的1/10。1952年12月伦敦发生"毒雾"事件,引起4000人死亡、10余万人生病,究其原因是由于当时气象条件使燃煤烟雾及二氧化硫不能及时扩散所致。
关于放射性安全问题,人类的生活环境中本来就存在天然放射性,来自于土壤、居室、空气及宇宙线这些放射性称为"天然本底"。由于核电站采取了严格的技术与管理,对核燃料在反应堆内、外的整个循环过程中,都采取了严密的与环境隔离的措施,周围居民因为核电站而受到的放射性污染只比"天然本底"增加了百分之一,而煤电站由于煤的吞吐量大,没有隔离防护措施,随烟灰排放的放射性物质对周围居民的影响比"天然本底"高一倍,其放射性污染也比核电站大得多。
由于人们对核能的认识是始于原子弹,不少人形成了对核能的恐惧。核电站不会像原子弹那样爆炸,因为核电站和原子弹所用的核燃料浓度不同,核电站动力堆的核燃料中,铀-235的浓度一般只占3%~4%,而原子弹的核燃料中,铀-235或钚-239的浓度必须在90%以上。因此核电站动力堆根本不具备原子弹那样的爆炸条件。万一"事故"一旦发生,由于核电站的反应堆内核燃料是分散放置的,铀会因热膨胀而散开,这样它就不可能像原子弹那样,"瞬间"把铀紧密地集聚在一起而引起爆炸。原子弹爆炸的大量放射性物质释放出来危害人类和生物,而反应堆中核燃料裂变后产生的放射性物质则被层层包围在三道屏障内。第一道是密封核燃料的包壳,万一包壳损坏还有压力壳和安全壳两道屏障,不会让放射性物质排放出去。
历史上核电站发生事故的记载有两次:美国三里岛事故和前苏联(乌克兰境内)切尔诺贝利事故。三里岛事故发生在1979年,由于二回路给水泵跳闸,引起一系列意外,致使反应堆内冷却剂沸腾,部分燃料露出了水面,从而最终导致2/3堆芯溶化。尽管由于堆芯溶化向安全壳释放出大量的放射性物质,但是由于有了安全壳的屏障,故从安全壳向环境释放放射物相对来说还是相当小的。它使周围居民受到的最大有效剂量为0.85mSv(毫希);在80km范围内,平均个人剂量为0.015mSv。这些数值均低于规定值,更远远低于其他人造辐射和天然辐射本底值,这说明了安全壳的有效性,由于它起屏障作用,即使发生了这样严重的事故,对环境和居民的影响也很小。1986年4月26日,切尔诺贝利核电站4号机组发生了人类历史上最大的一次核事故,所造成的放射性环境污染和辐射后果及其影响范围远比三里岛事故要严重得多。
切尔诺贝利事故释放到环境中放射总量为12×10Bq,其中I为(1.3~1.8)×10Bq,占堆芯中I总量的50%~60%。惰性气体为(6~7)×Bq,占堆芯中惰性气体量100%。切尔诺贝利事故使"清除人员"受到的平均剂量约100mSv;从厂区周围撤出的人员受到的剂量远远超过规定值,如近1万人平均受到大于50mBv剂量,近5000人受到大于100mSv的剂量,这相当于正常规定的10~20倍之多。总共有237名职业人员被确诊得了"辐射病",其中有31名职业人员死亡;但周围公众却无一人因此事故而死亡。切尔诺贝利事故的主要原因是安全设计有严重错误。例如:没有安全壳:这种石墨反应堆有正温度系数,即温度上升时,反应性增大等等。这些不安全因素在压水堆核电站上都不存在。其直接原因是工作人员一再违反操作规程,最后导致堆芯溶化和爆炸事故的发生。总结这些经验教训,抛弃选择石墨堆,认真改进安全设计,核电站的安全乃是有充分保证的。表2-3是对在反应堆厂址周围生活的居民各类事故引起的死亡人数的一个估计。

表2-3反应堆厂址周围1500万居民中各类事故引起的死亡人数的估计值
 

为什么说核能是高效的能源?
参考答案核能是高效的能源,一千克天然铀所能够发出的电量是同量木材,煤,石油等燃料所发电量的万倍以上,也是太阳能,水能等天然能源发...