《上课高三原子物理19.7-17.8核反应、核能与裂变、聚变讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《上课高三原子物理19.7-17.8核反应、核能与裂变、聚变讲解（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、益阳市箴言中学 王开榜 核反应核反应 电子 原 子 核 在核物理学中在核物理学中 ，原子核在其他粒，原子核在其他粒 子的轰击下产生新子的轰击下产生新 原子核的过程，称原子核的过程，称 为核反应为核反应 中子和质子最初就是通过原子核的人工转变这中子和质子最初就是通过原子核的人工转变这 一核反应发现的：一核反应发现的： 核反应核反应 + 粒子 粒子轰击氮核质子 质子 + 粒子 粒子轰击铍核中子 中子 和衰变过程一样，核反应中，质量数和电荷数都守恒和衰变过程一样，核反应中，质量数和电荷数都守恒 化学反应中，往往要吸热或放热，类似的核化学反应中，往往要吸热或放热，类似的核 反应中也伴随着能量的变化反应
2、中也伴随着能量的变化 质能方程质能方程 中子 质子 氘核 2.2MeV（ ） 核反应放 出的能量 叫做核能 物理学家研究质子、中子和氘核之间的关系物理学家研究质子、中子和氘核之间的关系 发现：发现： 质能方程质能方程 中子 （mn） 质子 （mp） 氘核 （m） 精确的计 算表明氘核 的质量比中 子和质子的 质量之和要 小一些 质量亏损 质能方程质能方程 物体的能量和质量之间存在着某种联系：物体的能量和质量之间存在着某种联系： 爱因斯坦 物体的能量和 质量之间存在密切 的联系，他们的关 系是： 核子在结合成 原子核时出现质量 亏损，要放出能量 ，大小为： 质能方程 裂变裂变 核 反 应 吸收能
3、量 放出能量 核子结合成原子核 有些重核分裂成中等质量的核 有些轻核结合成中等质量的核 研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：子的平均质量与原子序数有如图的关系： 核子的平均质量是：核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数 裂变与聚变裂变与聚变 核子平均质量 核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系 裂变裂变 聚变聚变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核
4、 能的反应叫做裂变把轻核结合成质量较大的核，能的反应叫做裂变把轻核结合成质量较大的核， 释放出核能的反映叫做聚变释放出核能的反映叫做聚变 裂变与聚变裂变与聚变 裂变 聚变 在消耗相同质量的核燃料时，聚变比裂变能释放在消耗相同质量的核燃料时，聚变比裂变能释放 更多的能量更多的能量 19391939年年1212月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯 曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的 中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应 铀核的裂变铀核的裂变 点击
5、观看动画 铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂 变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是： 铀核的裂变铀核的裂变 + 裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的 总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：总质量小于裂变前的总质量，质量亏损： 释放出的能量为释放出的能量为 1kg1kg铀全部裂变，它放出的能量超过铀全部裂变，它放出的能量超过2800t 2800t标准煤完全标准煤完全 燃烧时释放的能量燃烧时释放的能量 “小玩意儿”钚装药重6.1千克，
6、TNT当量2.2万 吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气 压，致使一座30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 在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿 色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的 动植物全部死亡 “原子弹之父” 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：“漫天奇光异彩 ，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” 原子弹原子弹 美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁 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
7、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1212英英 里多广岛市区里多广岛市区80%80%的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，6400064000人丧人丧 生，生，7200072000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%53%长崎市长崎市60%60%的建筑物被摧毁，伤亡的建筑物被摧毁，伤亡8600086000人人 ，占全市，占全市37% 37% 原子弹原子弹 原子弹原子弹 中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 核反应堆： 石墨作用：作减速剂 镉棒作用：控制链式反应速度 水泥防护层作用：防止铀核裂变产物发出各种射线对 人体危害 轻核的聚变轻
8、核的聚变 例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同时例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同时 放出一个中子）时，释放放出一个中子）时，释放17.6MeV17.6MeV的能量，平均每个的能量，平均每个 核子放出的能量在核子放出的能量在3MeV3MeV以上，比裂变反应中平均每以上，比裂变反应中平均每 个核子释放的能量大个核子释放的能量大3 34 4倍这时的核反应方程式倍这时的核反应方程式 是：是： 因此只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘因此只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘 核便可以得到大约核便可以得到大约21.6MeV21.6MeV的能量：的能量： 根据所给数据,计算下面核反应放出的能
9、量: 氘核的质量：mD2.014102u 氚核的质量：mT3.016050u 氦核的质量：m4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u 轻核的聚变轻核的聚变 如何能使轻核发生聚变呢如何能使轻核发生聚变呢 1、必须让轻核的距离非常接近 2、必须让轻核具有很大的动能 需要克服极大的库仑斥力需要克服极大的库仑斥力 轻核的聚变轻核的聚变 如何能如何能让轻核具有很大的动能 使核聚变反应发生呢使核聚变反应发生呢 可以将轻核加热到很高的温度 当物质达到几百万摄氏度以上的高温时当物质达到几百万摄氏度以上的高温时 ，剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有，剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有 足够的
10、动能，可以克服相互之间的库仑斥力足够的动能，可以克服相互之间的库仑斥力 ，在碰撞时发生聚变因此，聚变反应又叫，在碰撞时发生聚变因此，聚变反应又叫 热核反应热核反应 核聚变的利用氢弹 弹体 引爆装置 小 型 原 子 弹 三种炸药： 普通炸药 235 氘、氚 爆炸 裂变 聚变 氘、氚、重 氢化钾等 铀235 外壳 普通炸药 氢弹爆炸形成的磨姑云 核聚变的利用可控热核反应 热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 热核反应热核反应裂变反应裂变反应 相同的核燃料释放的能量多相同的核燃料释放的能量多 反应中放射物质的处理较易反应中放射物质的处理较易 反应中的核燃料资源较丰富反应中的核燃料资源较丰富 核
11、反应发生条件较易实现核反应发生条件较易实现 核聚变的利用可控热核反应 现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： 、热核反应的的点火温度很高； 、如何约束聚变所需的燃料； 磁场约束 核聚变的利用可控热核反应 现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： 、热核反应的的点火温度很高； 、如何约束聚变所需的燃料； 惯性约束 、反应装置中的气体密度 要很低 ，相当于常温常压下 气体密度的几万分之一； 核聚变普遍存在于宇宙中 04年广东5 中子n、质子p、氘核D的质量分别为 现用光子能量为E的射线照射静止氘核使之分解，反 应的方程为 若分解后中子、质子的 动能可视为相等，则中子的动能是 （ ） A. B. C. D. C
