1、1第五第五、六节：核裂变六节：核裂变 核聚变核聚变D:徐高中多媒体素材flash课件flash课件广岛原子弹爆炸过程 标清.flv一、裂变和聚变一、裂变和聚变 核聚变：核聚变：两个轻两个轻核聚合成一个较重的核聚合成一个较重的核时，会释放出能量核时，会释放出能量来，这种核反应叫做来，这种核反应叫做核聚变。核聚变。核裂变：核裂变：重的一个核分裂成两个较轻的重的一个核分裂成两个较轻的核时，也会释放出能量，这种核反应叫做核核时，也会释放出能量，这种核反应叫做核裂变。裂变。原子弹爆炸原子弹爆炸1 1、19381938年，德国化学家哈恩和斯特拉斯用中子年，德国化学家哈恩和斯特拉斯用中子轰击铀核时发现了核裂
2、变轰击铀核时发现了核裂变 重核的裂变重核的裂变即：一个重核分裂成了即：一个重核分裂成了两个中等质量两个中等质量的核。的核。二、核裂变链式反应二、核裂变链式反应释放的核能释放的核能 裂变以前裂变以前 裂变以后裂变以后236.0526u 1.0087u 235.0439u 1O23592nU反应过程中质量减少反应过程中质量减少m=0.2135u.m=0.2135u.反应中反应中释放的能量释放的能量:E=E=m mc c2 2=201=201兆电子伏兆电子伏.235.8373u 3.0261u 391.8973u 140.9139u 10923614156nKrBa2 2、核反应方程、核反应方程 n
3、U10235923 3、我国物理学家钱三强，何泽慧夫妇、我国物理学家钱三强，何泽慧夫妇19461946年在巴年在巴黎发现了铀的三分裂和四分裂黎发现了铀的三分裂和四分裂 。+201Me201Mev vnBaKr101415692363链式反应链式反应 1 1、重的原子核俘获一个中子以后发生裂变放出中、重的原子核俘获一个中子以后发生裂变放出中子，如果这些中子又引起其他的核裂变，使得子，如果这些中子又引起其他的核裂变，使得裂变不裂变不断地进行下去断地进行下去，释放出越来越多的能量。这种反应叫，释放出越来越多的能量。这种反应叫链式反应链式反应。链式反应模拟演示链式反应模拟演示1链式反应模拟演示链式反应
4、模拟演示2 2 原子弹：原子弹：铀核裂变时放出巨大的能量，同时铀核裂变时放出巨大的能量，同时能放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被能放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别的铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数别的铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数目将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应，目将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应，这就是原子弹中发生的情况。这就是原子弹中发生的情况。3.3.临界体积临界体积:能够发生链式反应的铀块的最小体能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。积叫做它的临界体积。如果铀如果铀235235的体积超过了它的的体积超过了它的临界体
5、积，只要有中子进入铀块，会立即引起铀核的临界体积，只要有中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反应，在极短时间内就会释放出大量的核能，发链式反应，在极短时间内就会释放出大量的核能，发生猛烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。生猛烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。原子弹装药重原子弹装药重6.16.1千克，千克，TNTTNT当量当量1.81.8万吨，试验中万吨，试验中产生了上千万度的高温和数十万个大气压，致使一产生了上千万度的高温和数十万个大气压，致使一座座3030米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑个巨大的弹坑 在半径为在半径为4004
6、00米的范围内，沙石被熔化成了黄绿米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为色的玻璃状物质，半径为16001600米的范围内，所有的米的范围内，所有的动物全部死亡动物全部死亡 “原子弹之父原子弹之父”奥本海默在核爆观测站里感到十奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉我是死神，我是世界的毁灭者辉我是死神，我是世界的毁灭者”反应堆反应堆 原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工
7、方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆。地释放出来，人们制成了核反应堆。核反应堆是人工核反应堆是人工控制链式反应的装置。控制链式反应的装置。反应堆水管水管铀棒铀棒镉棒镉棒石墨石墨水水泥泥防防护护层层核燃料。用浓缩铀（能吸收核燃料。用浓缩铀（能吸收慢中子的铀慢中子的铀235235约占约占3%3%）。）。减速剂。用石墨或重水减速剂。用石墨或重水 （使裂变中产生的中子减速，（使裂变中产生的中子减速，以便被铀以便被铀235235吸收）。吸收）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。
8、冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。（对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深（对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理地层来处理）核反应堆的主要组成是：核反应堆的主要组成是：核电站核电站 核能利用核能利用 1、核电站：、核电站：利用反应堆工作时释放出的热能利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站。使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就
9、是核电站。172 2、核能利用：、核能利用：核电站消耗的核电站消耗的“燃料燃料”很少。一座一百万千很少。一座一百万千瓦的核电站，每年只消耗瓦的核电站，每年只消耗3030吨浓缩油，而同样功率吨浓缩油，而同样功率的火力发电站，每年却要消耗的火力发电站，每年却要消耗250250万吨煤万吨煤 。目前，。目前，核能发电的经济效益跟火电站大体相同。到核能发电的经济效益跟火电站大体相同。到2020世纪世纪末，核发电已占世界发电总量的末，核发电已占世界发电总量的30%30%。把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制造核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰，造核动力潜艇、核
10、动力破冰船和核动力航空母舰，在某些动力装置上也有利用的可能。在某些动力装置上也有利用的可能。核反应堆不仅可以提供强大的核能，而且它核反应堆不仅可以提供强大的核能，而且它产生的大量中子还可以用来进行各种原子核物理实产生的大量中子还可以用来进行各种原子核物理实验，制造各种反射性同位素。验，制造各种反射性同位素。核动力潜艇核动力潜艇广东省大亚湾核电站广东省大亚湾核电站广东省大亚湾核电站广东省大亚湾核电站轻核的聚变轻核的聚变1 1、将、将几个轻核结合几个轻核结合成较大质量的核叫轻核聚变。成较大质量的核叫轻核聚变。2 2、核反应方程、核反应方程:HH3121+17.6Mev+17.6Mev 该反应平均每
11、个核子放出的能量在该反应平均每个核子放出的能量在3Mev3Mev以上，以上，聚变比裂变能放出更多的能量。聚变比裂变能放出更多的能量。nHe10423.3.其它聚变：其它聚变：MeV4.22He2HLi422163MeV25.3nHeHH10322121MeV6.17nHeHH10422131MeV3.17He2HLi421173上述反应都上述反应都需要超高温条件需要超高温条件，称为热核反应。，称为热核反应。热核反应：热核反应：物质达到物质达到几百万度以上几百万度以上的高温时，原子的的高温时，原子的核外电子已经完全和原子脱离，这时小部分核外电子已经完全和原子脱离，这时小部分原子核就具有足够的动能
12、，能够原子核就具有足够的动能，能够克服克服相互间相互间的的库仑斥力库仑斥力，在相互碰撞中接近到可以发生，在相互碰撞中接近到可以发生聚变的程度。因此，这种反应又叫做热核反聚变的程度。因此，这种反应又叫做热核反应。应。5.5.聚变反应的应用聚变反应的应用:（1 1）太阳内部和许多恒星的内部，）太阳内部和许多恒星的内部，（3 3）可控热核反应）可控热核反应:中国环流器一号中国环流器一号6.6.热核反应的优点：热核反应的优点：（2 2）氢弹的爆炸（）氢弹的爆炸（通过原子弹爆炸时产生的通过原子弹爆炸时产生的高温来达到高温来达到）能量大、污染小、材料易得能量大、污染小、材料易得4.4.受控热核反应：受控热
13、核反应：如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用（例如发电），这称为受控热核反应。加以利用（例如发电），这称为受控热核反应。氢弹爆炸氢弹爆炸托克马克装置托克马克装置 太阳热核反应太阳热核反应:在太阳内部，氢核在极高温度下在太阳内部，氢核在极高温度下聚变成氦核，在这过程中释放出聚变成氦核，在这过程中释放出2828兆电子伏的能量兆电子伏的能量.不过这种聚变过程，不是一次反应就能完成的，要不过这种聚变过程，不是一次反应就能完成的，要经过几次反应才能把四个氢核聚合成一个氦核经
14、过几次反应才能把四个氢核聚合成一个氦核.太阳太阳正是靠这种反应以惊人的巨大功率，向宇宙空间辐正是靠这种反应以惊人的巨大功率，向宇宙空间辐射能量的射能量的.氢弹氢弹：利用氘、氚（氢的利用氘、氚（氢的同位素）等轻原子核的聚同位素）等轻原子核的聚变反应原理制成的核武器变反应原理制成的核武器通常称为氢弹。通常称为氢弹。4.8MeVHeHnLi4231106317.6MeVnHeHH10423121氢弹反应式氢弹反应式氢弹结构示意图氢弹结构示意图思考:已知镭 22688Ra、氡 22286Rn和氦 He的原子量分别是见226.0254，222.0175和4.0026在镭核的衰变中放出的能量有多少电子伏？思考:在某些恒星内部在某些恒星内部,3个个粒子可以结合成一个粒子可以结合成一个C核核,已已知知C核的质量为核的质量为1.9930210-26kg,粒子的质量为粒子的质量为6.6467210-27kg,真空中光速真空中光速c=3108m/s,写出写出这个核反应方程这个核反应方程,这个反应中释放的核能为多这个反应中释放的核能为多少少?(结果保留一位有效数字结果保留一位有效数字)。
