1、第四章第四章 原子结构之谜原子结构之谜第五节裂变和聚变第五节裂变和聚变 栏目链接栏目链接1知道重核的裂变反应知道重核的裂变反应2知道链式反应的发生条件，知道原子弹的原知道链式反应的发生条件，知道原子弹的原理理3知道轻核的聚变反应，知道氢弹的原理知道轻核的聚变反应，知道氢弹的原理4了解受控热核反应及其发展前景了解受控热核反应及其发展前景 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接人类对核物理的认识是一个漫长而又曲折的过程，大人类对核物理的认识是一个漫长而又曲折的过程，大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年年8月月6日、日、9日先后在日本的
2、广岛、长崎上空投下了两颗原日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，墟大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等等 栏目链接栏目链接1967年年6月月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功从第一日，我国第一颗氢弹爆炸成功从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月苏联用了年零八个月苏联用
3、了4年，美国用了年，美国用了7年科学是一把双年科学是一把双刃剑，既有可怕的一面，又有可用的一面核能已经在人刃剑，既有可怕的一面，又有可用的一面核能已经在人类现代生活中发挥着重要的作用，核能的利用还有哪些方类现代生活中发挥着重要的作用，核能的利用还有哪些方面，核能又如何获得呢？面，核能又如何获得呢？栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接1两个轻核聚合成一个较重核的反应叫两个轻核聚合成一个较重核的反应叫_，较，较重的核分裂成两个较轻核的反应叫重的核分裂成两个较轻核的反应叫_2一个核的裂变引发一个或一个以上的核发生裂变，一个核的裂变引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去的核反应叫做让核
4、裂变过程自己持续下去的核反应叫做_3为了使铀核裂变时放出的为了使铀核裂变时放出的_再引起其他铀再引起其他铀核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，最好是利用最好是利用_；铀块的体积必须大于其；铀块的体积必须大于其_如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，链式反应就不会发生子核，链式反应就不会发生 栏目链接栏目链接核聚变核聚变核裂变核裂变链式反应链式反应中子中子纯铀纯铀235临界体积临界体积 栏目链接栏目链接4要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力
5、发生作用的距离距离_m，由于原子核是带正电的，就必须克服电荷，由于原子核是带正电的，就必须克服电荷间很大的间很大的_作用，这就要求使核具有足够的作用，这就要求使核具有足够的_，就要给核力加热，使物质达到，就要给核力加热，使物质达到_以上的以上的高温，使轻核在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度因高温，使轻核在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度因此这种反应又叫做此这种反应又叫做_5如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在放，而是在_逐渐地释出来并加以利用逐渐地释出来并加以利用(例如发例如发电电)，这称为，这称为_6太阳辐射能量主要来自太阳内
6、部的太阳辐射能量主要来自太阳内部的_反应反应1015斥力斥力动能动能几百万度几百万度热核反应热核反应人工控制下人工控制下受控热核反应受控热核反应热核热核 栏目链接栏目链接知识点知识点1核裂变与链式反应核裂变与链式反应1核裂变核裂变(1)概念：较重的一个核分裂成两个较轻的核时，会释概念：较重的一个核分裂成两个较轻的核时，会释放出能量，这种核反应叫做核裂变放出能量，这种核反应叫做核裂变(2)铀核裂变分析：铀核裂变分析：核子受激发：当中子进入铀核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核
7、变成不规则的形状不规则的形状 栏目链接栏目链接核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出同时放出23个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能能能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量一般说来，平均每个核子放出量亏损，所以放出能量一般说来，平均每个核子放出的能量约为
8、的能量约为1 MeV,1 kg铀铀235全部裂变放出的能量相当全部裂变放出的能量相当于于2 800 t优质煤燃烧时释放的能量优质煤燃烧时释放的能量 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接2链式反应链式反应(1)定义：发生裂变时，为了让核裂变过程自己持续下去，定义：发生裂变时，为了让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应(2)示意图：如图所示示意图：如图所示 栏目链接栏目链接3链式反应发生的条件链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于临界体积体积超过临界体积时，保铀块的体积大于临界体积体积超过临界体积时，保证中子能够
9、碰到铀核证中子能够碰到铀核(2)有足够浓度的铀有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子有足够数量的慢中子4注意注意(1)重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，自然界重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发地产生如铀核裂变不能自发地进行，要使铀核裂变，不会自发地产生如铀核裂变不能自发地进行，要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂 栏目链接栏目链接(2)重核裂变反应速度很快，不加控制的话，能量在很短重核裂变反应速度很快，不加控制的话，能量在很短的瞬间急剧释放如果采用其他方法对反应速度加以控制就可的瞬间急剧释放如果采用其他方法对反应速
10、度加以控制就可以和平地利用这种巨大的核能核电站就是可控的链式反应以和平地利用这种巨大的核能核电站就是可控的链式反应裂变反应中释放出的能量来自于裂变反应中释放出的能量来自于()A核子消失转化为能量核子消失转化为能量B原子中电子与原子核的电势能减小原子中电子与原子核的电势能减小C入射的中子消失转化为能量入射的中子消失转化为能量D原子核的平均结合能变大，释放出能量原子核的平均结合能变大，释放出能量 栏目链接栏目链接解析：解析：发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故消失，故A、C错误能量来自于原子核内部，因重核在分错误能量来自于原子核内部，因重核在分裂
11、为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，C错误，错误，D正确正确答案：答案：D 栏目链接栏目链接 课堂训练课堂训练1(双选双选)关于铀核裂变，下列说法中正确的是关于铀核裂变，下列说法中正确的是()A铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核种不同的核B铀核裂变时可能同时释放铀核裂变时可能同时释放23个中子个中子C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D铀块的体积对产生链式反应无影响铀块的体积对产生链式反应无影响 栏目链接栏目链接解析：
12、解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀铀235受受中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中中子的轰击时，裂变的概率大，且可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀子而引起裂变，而铀238只有俘获能量在只有俘获能量在1 MeV以上的中子以上的中子时才能引起裂变，且裂变的几率小，要引起链式反应，须时才能引起裂变，且裂变的几率小，要引起链式反应，须使铀块的体积超过临界
13、体积，故选项使铀块的体积超过临界体积，故选项B、C正确铀正确铀235更更容易发生链式反应，要多了解有关链式反应或原子弹爆炸容易发生链式反应，要多了解有关链式反应或原子弹爆炸方面的知识，以开拓自己的知识面方面的知识，以开拓自己的知识面答案答案：BC 栏目链接栏目链接知识点知识点2轻核聚合轻核聚合1核聚变核聚变(1)概念：两个轻核聚合成一个较重的核时，会释放出能概念：两个轻核聚合成一个较重的核时，会释放出能量，这种核反应叫做核聚变量，这种核反应叫做核聚变(2)发生的条件发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离1015 m，这要克服电荷间
14、强大的斥力作用，要求使轻核具有足，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能够大的动能 栏目链接栏目链接 2热核反应热核反应(1)概念：要使轻核聚变，就要求使轻核具有足够大的概念：要使轻核聚变，就要求使轻核具有足够大的动能，给轻核加热到很高的温度，当物质达到几百万度以上动能，给轻核加热到很高的温度，当物质达到几百万度以上的高温时，一部分原子核就具有足够的动能而发生聚变，因的高温时，一部分原子核就具有足够的动能而发生聚变，因此核聚变又叫热核反应此核聚变又叫热核反应(2)热核反应的优点热核反应的优点(与裂变相比与裂变相比)产生的能量大；产生的能量大；反应后生成的放射性物质易处理；反应
15、后生成的放射性物质易处理；热核反应的燃料在地球上储量丰富热核反应的燃料在地球上储量丰富 栏目链接栏目链接(3)热核反应的两种方式：热核反应的两种方式：爆炸式热核反应；爆炸式热核反应；受控式热核反应受控式热核反应(目前正处于探索、实验阶段目前正处于探索、实验阶段)3核聚变与核裂变的区别核聚变与核裂变的区别(1)原理不同原理不同重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的原子核，放出能重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的原子核，放出能量，而聚变是几个轻核聚变量，而聚变是几个轻核聚变(结合结合)成一个中等质量的原子成一个中等质量的原子核，放出巨大的能量核，放出巨大的能量 栏目链接栏目链接(2)放出能量的大小
16、不同放出能量的大小不同重核裂变时，平均每个核子释放的能量约为重核裂变时，平均每个核子释放的能量约为1兆电兆电子伏，而轻核的聚变，平均每个核子释放出子伏，而轻核的聚变，平均每个核子释放出3兆电子伏以兆电子伏以上的能量，即聚变比裂变能放出更多的能量上的能量，即聚变比裂变能放出更多的能量(3)废料处理难度不同废料处理难度不同裂变产生的废料处理起来比较困难，而热核反应的裂变产生的废料处理起来比较困难，而热核反应的废料处理要简单得多废料处理要简单得多 栏目链接栏目链接(4)“燃料燃料”的丰富程度不同的丰富程度不同热核反应所需要的热核反应所需要的“燃料燃料”氘在地球上非常丰富，氘在地球上非常丰富，1升海水
17、中大约有升海水中大约有0.03克氘，如果用来进行热核反应，放出克氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约和燃烧的能量约和燃烧300升汽油相当而裂变燃料升汽油相当而裂变燃料铀在地球铀在地球上储量有限，尤其是用于核裂变的铀上储量有限，尤其是用于核裂变的铀235，在铀矿中仅占，在铀矿中仅占0.7%，相比起来聚变的燃料，相比起来聚变的燃料氘要丰富得多我国是一氘要丰富得多我国是一个个“贫铀贫铀”国家，贮藏量不多国家，贮藏量不多 栏目链接栏目链接 (5)两种反应的可控制性不同两种反应的可控制性不同裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制，因此，裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制，因此，现在国际上的核电站都
18、是利用裂变放出能量，而聚变反应的现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量，而聚变反应的可控制性比较困难，世界上许多国家都积极研究可控热核反可控制性比较困难，世界上许多国家都积极研究可控热核反应的理论和技术应的理论和技术 栏目链接栏目链接例例2(双选双选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量B使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到使核发生聚变反应必须使核之间的距离接近到11015 m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内，也就是接近到核力能够发生作用的范围内C要使核发生聚变反应，必须克服核力做功要使核发生聚变反应，必须克服核力做功D热核反应只有在人工控制下才能发生热核反应只有在人工控制下才能发生 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接解析：解析：由质能方程可知由质能方程可知A正确；轻核结合成质量正确；轻核结合成质量较大的核，必须使轻核间的距离达到发生核力的范围，较大的核，必须使轻核间的距离达到发生核力的范围，才能使它们紧密地结合起来，才能使它们紧密地结合起来，B正确，正确，C错误；热核错误；热核反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控制，制，D错错答案：答案：AB 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接
