1、质量亏损表明质量亏损表明:原子核内的确存在着结合原子核内的确存在着结合能。能。核子在结合成原子核时出现的质量亏损核子在结合成原子核时出现的质量亏损m 中等大小的中等大小的核比结合能最核比结合能最大大(平均每个核平均每个核子的质量亏损子的质量亏损最大最大)，这些核，这些核最稳定。最稳定。复习引入复习引入核反应核反应电子电子原原子子核核 在核物理学中在核物理学中,原子核在其他粒子原子核在其他粒子的轰击下产生新原的轰击下产生新原子核的过程，称为子核的过程，称为核反应。核反应。Fe 研究表明：核子的研究表明：核子的平均质量与原子序平均质量与原子序数数有如图关系：有如图关系：原子核的质量原子核的质量核子
2、数核子数核子的核子的平均质量：平均质量：OZABCDEFFe核子平均质量核子平均质量OFe比结合能比结合能DEFABCZ 中等大小的核中等大小的核平均质量小，比结合能大。平均质量小，比结合能大。生成中等大小的核时，有质量亏损，放出能量。生成中等大小的核时，有质量亏损，放出能量。图图像像对对比比一、裂变与聚变一、裂变与聚变聚变聚变裂变裂变 物理学中把物理学中把重核分裂成质量较小的核重核分裂成质量较小的核，释，释放核能的反应叫做放核能的反应叫做裂变。裂变。把把轻核结合成质量较大的核，轻核结合成质量较大的核，释放出核能释放出核能的反映叫做的反映叫做聚变。聚变。二、重核的裂变二、重核的裂变 重核重核受
3、到其他粒子受到其他粒子(如如中子中子)轰击时分裂成轰击时分裂成两块或两块以上两块或两块以上中等质量的核中等质量的核的过程称为裂的过程称为裂变。裂变过程中放出中子并变。裂变过程中放出中子并释放大量能量。释放大量能量。1938年年12月月德国物理学家德国物理学家哈恩哈恩和他的助手和他的助手斯特拉斯曼斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。发生了裂变。之后，核能利用问题才逐渐被之后，核能利用问题才逐渐被了解清楚，从而使控制和利用原子能成为可了解清楚，从而使控制和利用原子能成为可能。能。核裂变是核裂变是大核分裂为小核大核分裂为小核的过程，普通的的过程，普通的核武器
4、和核电站都依赖于核武器和核电站都依赖于裂变过程裂变过程产生的能产生的能量。量。裂变中裂变中释放出巨大的能量释放出巨大的能量，在上述裂变，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：质量亏损：U23592n10+Ba14156Kr9236+n3100.2153mu2200MeVEmc1、核反应方程：、核反应方程：铀核裂变的产物是多种多样的，一种铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子释放出的释放出的能量为能量为:U23592n10+13654Xe9038Sr+1010
5、n其他反应其他反应:2、链式反应：、链式反应：用中子轰击铀核时，用中子轰击铀核时，铀核铀核发生了发生了裂变裂变，释放出，释放出的的中子中子又引起了又引起了其他铀核的裂变其他铀核的裂变，由重核裂变产由重核裂变产生的中子使反应生的中子使反应一代接一代继续一代接一代继续下去的过程下去的过程,叫做叫做核裂变的链式反应。核裂变的链式反应。发生链式反应发生链式反应爆爆炸炸 利用一个中子轰击一个轴核，使轴核发生裂变，利用一个中子轰击一个轴核，使轴核发生裂变，在反应中还放出在反应中还放出3个中子，个中子，中子对未反应的轴核中子对未反应的轴核再再进行轰击，进行轰击，从而使核反应出现从而使核反应出现连锁反应，连锁
6、反应，使在短使在短时间内出现时间内出现积累效应。积累效应。3、反应的特点：、反应的特点：4、临界体积与临界质量、临界体积与临界质量 裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的做它的临界体积，临界体积，相应的质量叫做相应的质量叫做临界质量。临界质量。多少铀块能够进行链式反应呢？多少铀块能够进行链式反应呢？原子核的原子核的体积非常小，体积非常小，如果铀块不够大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，有可能碰不到铀核而中子在铀块中通过时，有可能碰不到铀核而使链式反应不能进行。只有当铀块使链式反应不能进行。只有当铀块足够大足够大时，时，裂变产生的种子才有足够概率打中某
7、个铀核，裂变产生的种子才有足够概率打中某个铀核，使链式反应进行下去。使链式反应进行下去。足以维持链式反应正常进行的裂变材料质足以维持链式反应正常进行的裂变材料质量叫量叫临界质量，临界质量，铀铀235 的临界质量约为的临界质量约为1kg，质量超过质量超过1kg则发生爆炸。则发生爆炸。任何有核反应堆任何有核反应堆的国家都不难得到的国家都不难得到爆炸级的裂变材料爆炸级的裂变材料，原子弹的基本设，原子弹的基本设计又如此简单，从计又如此简单，从而为防止核武器扩而为防止核武器扩散带来了困难。散带来了困难。1kg铀全部裂变，它放出的能量相当于铀全部裂变，它放出的能量相当于两千两千多吨多吨优质煤完全燃烧时释放
8、的能量。优质煤完全燃烧时释放的能量。解决解决能源危机能源危机根本途径根本途径核能。核能。可开发的可开发的核裂变核裂变燃料资源可使用上燃料资源可使用上千年。千年。核电是核电是经济、经济、安全、干净安全、干净的能源。的能源。三、核电站三、核电站1、定义：利用反应堆中的、定义：利用反应堆中的核燃料裂变核燃料裂变放出的放出的核能转变为电能的发电厂，叫做核电站。核能转变为电能的发电厂，叫做核电站。2、反应堆、反应堆 用用人工的方法控制人工的方法控制核裂变链式反应速度获核裂变链式反应速度获得核能的装置，叫做得核能的装置，叫做反应堆。反应堆。反应堆主要由反应堆主要由核燃料棒、减速剂、控制棒、核燃料棒、减速剂
9、、控制棒、冷却系统和防护层冷却系统和防护层等构成。等构成。核反应堆核反应堆 水泥防护层水泥防护层控制棒控制棒镉棒镉棒燃料棒燃料棒铀棒铀棒减速剂减速剂核反应堆核反应堆 快中子变慢中子快中子变慢中子控制反应速度控制反应速度 “烧烧”掉掉一支铅笔一支铅笔的的核燃料，释放的能量核燃料，释放的能量相当于相当于10吨吨煤燃烧放煤燃烧放出的热量；一座核电站，每年消耗出的热量；一座核电站，每年消耗30吨吨左右的铀左右的铀,而同样功率的火电站，要消耗而同样功率的火电站，要消耗250万吨万吨的煤。的煤。核发电量占总发电比例最多的核发电量占总发电比例最多的10 10个国家：个国家：法国法国 75%立陶宛立陶宛 73
10、.1%比利时比利时 57.7%保加利亚保加利亚 47.1%斯洛伐克斯洛伐克 47%瑞典瑞典 46.8%乌克兰乌克兰 43.8%韩国韩国 42.8%匈牙利匈牙利 38.3%亚美尼亚亚美尼亚 36.4%世界核能发电占全部电量世界核能发电占全部电量1/41/4 核能核能解决能源危机的根本途径解决能源危机的根本途径 第二次世界大战结束后，科学家迅速将原子能第二次世界大战结束后，科学家迅速将原子能的利用转向的利用转向和平用途和平用途。秦山核电站秦山核电站大亚湾核电站大亚湾核电站核电站核电站 我国第一座实验性反应堆是在我国第一座实验性反应堆是在1954年年6月建月建成投入运行的，我国自行设计研制、建造的成
11、投入运行的，我国自行设计研制、建造的秦秦山核电站山核电站已经运行发电了；广东已经运行发电了；广东大亚湾电站大亚湾电站也也已建成，并运行发电了，其发电量可达已建成，并运行发电了，其发电量可达100亿度。亿度。1、定义：某些、定义：某些轻核能够结合轻核能够结合在一起，生成一在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。四、轻核的聚变四、轻核的聚变(热核反应热核反应)2、核反应方程、核反应方程23411120HHHen 聚变中释放出巨大的能量，在上述聚变中，聚变中释放出巨大的能量，在上述聚变中，聚变后的总质量小于聚变前的总质量，质量聚变后的总质量小于聚变前的总
12、质量，质量亏损：亏损：217.6MeVEmc释放出的能量为释放出的能量为:0.018884um 使原子核间的距离达到使原子核间的距离达到10-15m，为了，为了克服克服库仑斥力，库仑斥力，原子核需要原子核需要很大的动能很大的动能才会才会“撞撞”在一起。在一起。聚变反应又叫聚变反应又叫热核反应热核反应3、发生聚变的条件、发生聚变的条件:核子要距核子要距离十分近离十分近加热加热高温高温热核反应热核反应几百万度高温几百万度高温 热核反应一旦发生，就热核反应一旦发生，就不再需要不再需要外界给它外界给它能量，靠能量，靠自身产生的热自身产生的热就会使反应就会使反应继续继续下去。下去。4、聚变比裂变反应放出
13、更多的能量、聚变比裂变反应放出更多的能量(1)平均平均每个核子每个核子放能较多。放能较多。铀铀235核核裂变裂变时，释放时，释放200MeV，平均每个，平均每个核子释放能量为：核子释放能量为：一个氘核、氚核一个氘核、氚核聚变聚变时，释放时，释放17.6MeV，平均每个核子释放能量为：平均每个核子释放能量为：(2)同样质量同样质量下，聚变的能量大。下，聚变的能量大。相同的质量下，相同的质量下，轻核轻核的核子的核子个数多个数多，重核重核的核子的核子个数少个数少，例如：氘和氚聚变为，例如：氘和氚聚变为1kg的的氦放出的能量要大于氦放出的能量要大于1kg的铀核裂变放出的的铀核裂变放出的能量。能量。20
14、0/235=0.85MeV17.6/5=3.5MeV1、热核反应和裂变相比较、热核反应和裂变相比较,具有许多优越性具有许多优越性(1)轻核聚变产能轻核聚变产能效率高效率高；(2)地球上聚变燃料的地球上聚变燃料的储量丰富储量丰富；每升水中就含有每升水中就含有0.03g氘，地球上有氘，地球上有138.6亿亿亿亿立方米的水，大约有立方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有来制取，地球上锂储量有2000亿吨。亿吨。(3)轻核聚变更为轻核聚变更为安全、清洁安全、清洁；高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射
15、性的。废物主要是泄露的氚，高速氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理。比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理。五、受控热核反应五、受控热核反应核聚变的利用核聚变的利用2、热核反应的、热核反应的困难困难 裂变反应速度可以比较容易地人工控制，因此，裂变反应速度可以比较容易地人工控制，因此，现在国际上的核电站都是利用裂变放出的能量，现在国际上的核电站都是利用裂变放出的能量，而聚变反应的可控制性比较困难，世界上许多国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
16、反应的理论和技术。家都积极研究可控热核反应的理论和技术。(1)磁场约束：利用磁场约束：利用强磁场来约束强磁场来约束参加反应的物质。参加反应的物质。图示为换流器图示为换流器(托卡马克托卡马克)。托卡马克（托卡马克（TOKAMAK）在俄语中是在俄语中是“环形环形”、“真空真空”、“磁磁”、“线线圈圈”几个词的组合，即环几个词的组合，即环流磁真空室的缩写。流磁真空室的缩写。(2)惯性约束：利用惯性约束：利用强激光的惯性压力强激光的惯性压力约束参约束参加反应的物质。加反应的物质。由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约的
17、惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们质，使它们“挤挤”在一起。在一起。目前可控热核反应还处于研究阶段。目前可控热核反应还处于研究阶段。可控热核反应将为人类提供巨大的能源，可控热核反应将为人类提供巨大的能源，和平和平利用聚变能量利用聚变能量是非常吸引人的重大课题，我国的是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置可控核聚变装置“中国环流器中国环流器1号号”已取得不少研已取得不少研究成果。究成果。五、原子弹与氢弹五、原子弹与氢弹弹体弹体引爆装置引爆装置小小型型原原子子弹弹氘、氚、氘、氚、重氢化钾重氢化
18、钾等等铀铀235外壳外壳普通炸药普通炸药 利用重核裂变或轻核聚变释放大量核能，利用重核裂变或轻核聚变释放大量核能，并发生剧烈爆炸。并发生剧烈爆炸。原子弹爆炸产生高温引发热核反应，继而原子弹爆炸产生高温引发热核反应，继而引爆氢弹引爆氢弹1964年年10月月16日中国日中国爆炸了第一颗原子弹爆炸了第一颗原子弹1967年年6月月17日中国日中国爆炸了第一颗氢弹爆炸了第一颗氢弹氢弹爆炸形成的磨姑云氢弹爆炸形成的磨姑云原子弹原子弹 在半径为在半径为400米的米的范围内，沙石被熔化范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状成了黄绿色的玻璃状物质，半径为物质，半径为1600米米的范围内，所有的动的范围内，所有的动
19、物全部死亡。物全部死亡。“原子弹之父原子弹之父”奥本海默奥本海默在核爆观测站里感到在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者”美国原子弹突袭美国原子弹突袭广岛和长崎广岛和长崎造成了巨大的毁造成了巨大的毁伤，在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云伤，在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英英里多，广岛市区里多，广岛市区80%的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，64000人丧人丧生，生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%，长崎市，长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡的建筑物被摧毁，伤亡86000人，人，占全市占全市37%。原子弹原子弹 广岛红十字医院里，一广岛红十字医院里，一个严重烧伤的学生仰面躺个严重烧伤的学生仰面躺在一张草席上。他的五官在一张草席上。他的五官几乎全被原子弹爆炸产生几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了的热浪抹掉了倒塌的钢架结构建筑物倒塌的钢架结构建筑物 原子弹原子弹原子弹原子弹
