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1、1,第十九章 原子核 第六节 核裂变,人教版选修3-5,2,核反应,电子,原子核,在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应,3,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：,原子核的质量,核子数,4,5,物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变,一.核裂变,1.核裂变,6,2、铀核的裂变,（1）发现 1939年12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。,+,+,+,7,链式反应,（1）定义：由重核裂变产生的中
2、子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应,8,使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。,9,发生链式反应,爆炸,（2）发生链式反应的条件： 铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。,10,1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量,11,足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1 kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。,任何有核反应堆的国家都不难得到爆炸级的裂变材料，原子弹的基本设计又如此简单，从而为防止核武器扩散带来了困难。,12,
3、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团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ,原子弹,13,原子弹,中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图,14,解决能源危机根本途径核能 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。,二、核电站,15,二、核电站慢中子反应堆,16,核电站,核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒,减速剂：,石墨、重水或普通水，用于减小中子的速度,控制棒：镉棒，用于吸收中子， 控制核反应的快慢
4、。,解决能源危机根本途径核能。 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。 核聚变资源可使用几亿年。,17,19. 7 核聚变,18,合成,19,1 、 轻核的聚变,某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，同时放出大量的核能。这种核反应叫做聚变。,一、核聚变,20,计算下面核聚变放出的能量:,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,21,计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少，但平均每个核子产生的能量,是铀裂变（ = 0.85
5、2MeV）的约4倍。,22,2、发生聚变的条件: 要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能大于电磁力,3、实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度；,如何能使轻核具有较大的动能呢？,需要克服极大的库仑斥力，因此必须让轻核具有很大的动能。,几百万开尔文高温,聚变反应又叫热核反应,23,核聚变的利用氢弹,三种炸药：,普通炸药,235,氘、氚,爆炸,裂变,聚变,24,世界第一颗氢弹麦克,25,氢弹爆炸形成的磨姑云,26,太阳是一个巨大的热核反应堆。,热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释
6、放的能量约为3.81026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！,太阳的中心发生核聚变，放出巨大能量，太阳；这个天然的的核聚变过程已经发生了好几十亿年,27,（1）轻核聚变产能效率高,1.聚变与裂变相比的优点：,（2）地球上聚变燃料的储量丰富,（3）轻核聚变更安全、清洁,（4）反应中放射物质的处理较容易,相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核
7、子释放的能量约为1MeV。,1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油,轻核聚变是能源危机的终结者。,实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了。,氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容易处理。,二、受控热核反应核聚变的利用,28,磁约束,带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。,2.实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案：1.磁约束 2.惯性约束,29,惯性约束,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。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。,
