第四节 核反应 核能、重核裂变
高中核物理-核反应：核能、重核裂变
介绍
mu 390.3139 1027 kg mBa 234.0016 1027 kg mKr 152.6047 1027 kg mn 1.6749 1027 kg
计算“质量亏损” Δm =(mu + mn)－(mBa + mKr + 3mn)= 0.3578×10－27kg ΔE = ΔmC2 = 201MeV 1kg铀完全裂变，释放的核能为：
解：
m =6.644929×10 -27kg
m p =1.672648×10 -27kg
me=9.11×10-31kg
将六个方程式相加，得到
4p
2 e +2 +
ΔE= mc2 =(4m p– m 2me )c 2 -
代入数字，经计算得到
ΔE=3.95×10-12 J
链式反应的示意图：
(3)重核裂变的应用
核电站
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 石墨、重水或普通水，用于减 减速剂： 小中子的速度 控制棒：镉，用于 吸收中子，控制 核反应的快慢。
原子弹： 不可控的核反应原子弹爆ຫໍສະໝຸດ 时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖
1.两个中子和两个质子可以结合成一个 氦核, 已知中子的质量是1.008665u, 质子的质量 是1.007276u, 氦核的质量是4.0026u, 求此核反 应的质量亏损和结合能, (1u=1.66×10-27千克, c=3×108米／秒)
解：△m＝0.029282u △E＝ △mc2=931.5 × 0.029282= 27.3MeV
或 △E ＝ △mc2
＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 ＝ 4.37 ×10－12J＝27.3MeV
重核裂变课件
重核裂变课件一、引言核裂变是指重核在吸收中子后，发生核反应，分裂成两个或多个较轻的核，并释放出大量能量的过程。
这一现象最早由德国物理学家奥托·哈恩在1938年发现，其研究成果为人类开发核能奠定了基础。
本课件旨在介绍重核裂变的基本原理、反应类型、应用领域及安全控制等方面的知识。
二、重核裂变的基本原理1.核裂变过程重核裂变是指重核在吸收一个中子后，发生核反应，分裂成两个较轻的核，并释放出大量能量的过程。
裂变过程中，重核吸收一个中子后，形成一个复合核，该复合核处于激发态，不稳定。
随后，复合核发生形变，两个较轻的核在形变过程中分离，同时释放出两个或多个中子、大量的能量以及γ射线。
2.裂变链式反应在裂变过程中，释放出的中子可以继续引发其他重核发生裂变，形成链式反应。
为了维持链式反应，必须满足临界条件，即裂变产生的中子数量等于或大于吸收的中子数量。
在实际应用中，通过控制棒等手段调节中子数量，实现对链式反应的控制。
3.裂变产物及能量释放重核裂变产物主要包括两个较轻的核（裂变碎片）、释放的中子、能量（包括裂变能和γ射线能量）。
裂变能是指裂变过程中释放的核能，其大小约为200MeV。
这些能量主要以热能形式释放，可用于发电、供热等。
三、重核裂变的反应类型1.可控链式反应在核电站中，通过控制棒等手段调节中子数量，使裂变反应恰好维持在一个稳定的水平，实现可控链式反应。
这种反应产生的能量可以用来发电，为人类提供清洁、高效的能源。
2.不可控链式反应在核武器中，利用不可控链式反应产生的大量能量，实现爆炸效果。
不可控链式反应的特点是裂变产生的中子数量迅速增加，导致反应速度急剧加快，直至燃料耗尽。
3.加速器驱动系统（ADS）加速器驱动系统是一种新型核裂变技术，通过粒子加速器产生高能中子，激发重核发生裂变。
ADS具有较高的安全性，可以有效地处理核废料，同时实现能量高效利用。
四、重核裂变的应用领域1.核能发电核能发电是重核裂变最重要的应用领域。
核物理学中的核能与核裂变
核物理学中的核能与核裂变核物理学是研究原子核及其内部结构以及核反应等现象的科学学科。
在核物理学中，核能与核裂变是两个关键的概念。
本文将介绍核能的概念、来源以及应用，并深入探讨核裂变的原理、过程以及其在能源领域的重要性。
一、核能的概念及来源核能是指存在于原子核内部的能量。
原子核由质子和中子组成，而核能正是质子和中子间相互作用所产生的能量。
核能在核物理学中起着至关重要的作用，既是核反应的能量来源，也是核武器和核能电站的基础。
核能的来源主要有两种：核融合和核裂变。
核融合是两个轻核聚变成一个更重的核的过程，释放出巨大能量。
这一过程在太阳和恒星中发生，是人类未来发展核聚变能源的潜在途径。
而核裂变是一个重核分裂成两个较轻的核的过程，也能释放出大量的能量。
二、核裂变的原理与过程核裂变是利用重核分裂释放能量的过程。
它的原理基于当一个重核吸收中子时，会变得不稳定并发生裂变。
核裂变的过程可以通过以下几个步骤来描述：1. 中子吸收：一个重核吸收一个中子，使得其原子核变得不稳定。
2. 高能中子的释放：裂变后的原子核释放出几个中子，这些中子具有较高的能量。
3. 能量释放：裂变产生的能量以热的形式释放出来，可以用来发电或产生破坏性的核武器。
核裂变过程中产生的中子可以继续引发其他核裂变，形成所谓的链式反应。
如果这种链式反应能够持续进行并不受控制，就可能导致核爆炸。
而在核能电站中，核裂变是通过控制中子释放和反应速率来实现可控的能量产生。
三、核裂变在能源领域的应用核裂变作为一种高效的能源释放方式，在能源领域有着重要的地位。
核能电站利用核裂变过程中释放的能量来产生蒸汽，推动涡轮发电机转动以发电。
核能电站在一些国家已经成为主要的清洁能源来源，其优点在于不产生大气污染物和温室气体。
此外，核裂变还用于核武器的制造。
核武器是利用核裂变和/或核融合来产生大量能量的武器，其威力极大。
尽管核武器的使用受到了严格的限制和监管，但其存在仍然对全球安全造成了潜在威胁。
4章 核能(核力、核能、聚变、裂变)
库仑力
mp 核力 核力 mp 万有 引力
而通常原子核是稳定的,于是核内
还应有另一种力把各种核子紧紧 拉在一起, 此力称为核力。
万有 引力
库仑力
一、核力：
核力：能够把核中的各种核子联系在一起的 强大的力叫做核力．
核力具有怎样的特点呢？
1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力） 的一种表现。
2. 核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料；
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料； ３、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；
原子弹就是根 据裂变的原理 制造的
原子弹外观
被原子弹摧毁的 房屋屋顶
聚变 聚变是使２个质量较小的原子弹结合 成质量较大的新核，同时释放出能量 的过程。
氢弹爆炸的情景
氘核
氦核
一个 中子 （伴随 能量释 放）
氚核 聚变反应示意图
1964年10 月16日中 国爆炸了 第一颗原 子弹。
1967年6 月17日中 国爆炸了 第一颗氢 弹。
某一数值时 某一数值时
相同
三、结合能
由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合 成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的 能量变化．
例如：
1 0 2 1
n H H
1 1 2 1
H H n
1 1 1 0
可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量； 原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个 能量叫做原子核的结合能．
高中物理选修三5.4核裂变和核聚变教案1
第4节 核裂变和核聚变一、教学目标1、知道重核裂变、核聚变的概念。
2、知道什么是链式反应。
3、了解聚变反应的特点及其条件，了解可控热核反应及其研究和发展.4、会计算核反应中释放的能量。
二、教学重难点1、核反应方程式的书写2、释放核能的计算。
三、教学过程（一）重核裂变1、重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
2、核裂变是释放核能的方法之一。
3、铀核的裂变（1）铀核的裂变的一种典型反应。
最典型的一种核反应方程式是2351141921920563603U n Ba Kr n +→++(2)释放的核能的计算Δm=（235.043u+1.0087u)(1409139u+91.8973u+3.0261u)=0.2153uΔE=0.2153u ×931.5Mev=200.55Mev(3)铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。
（二）链式反应1、这种由重核裂变产生的中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。
（见示意图523）2、临界体积（临界质量）：通常把裂变物质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。
（三）轻核聚变1、轻核聚变成较重核，引起结合能变化的方式获得核能，这样的核反应称为核聚变。
2、氢核聚变：21H+31H→42He+10n3、能量计算：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍。
4、氚的获得：（四）可控热核聚变1、（1）聚变与裂变相比，轻核聚变产能效率高。
（2）聚变与裂变相比，地球上聚变燃料的储量丰富。
（3）聚变与裂变相比，轻核聚变反应更为安全、清洁。
2、发生条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的间距达到核力作用的范围。
要使它们达到这种程度，必须克服原子核间巨大的库仑斥力，这就得让核子获得足够大的动能。
以氘核发生聚变为例，必须在大约108 K高温下，使氘核获得至少70 keV的动能才能达到核力作用的范围而发生核聚变。
【高中物理】高中物理知识点：重核裂变
(4)放射性元素的原子核放出一个α粒子或β粒子而转变成新核的过程称为衰变。
衰变方程的重要特征是“一”前只有一个原子核， “→”后有一个α粒子或β粒子与一个新核材料及作用
【高中物理】高中物理知识点：重核裂变
重核裂变:
1、裂变：把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应。
2、铀核的裂变：
。
3、链式反应：一般说来，铀核的裂变时总是要放出2~3个中子这些种子又会引起其他的铀核裂变，这样裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量。在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
聚变方程的特征是“→”前有两个或两个以上的质量很小的核，“→”后是一个质量稍大些的核，有的聚变中可能还会放出一个质子或一个中子、正负电子等。
(3)人工转变通常是指某原子核在α粒子(或其他粒子)的轰击下，转变为一个新核的核反应。
人工转变方程的特征是“→”前有一个α粒子(或其他粒子)和一个原子核，“→”后有一个新核，通常还伴随一个质子或中子。
(2)裂变反应堆的常见类型
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
核反应方程的常见类型有：衰变、人工转变、裂变和聚变。判断某核反应方程是哪种类型的核反应时，应紧抓该类型核反应的定义，从方程式的特征上区分。
(1)重核俘获一个中子后分裂为n个中等质量核的反应过程，称为裂变。裂变方程的重要特征是“→”前有一个中子和一个重核，“→”后有两个或两个以上的中等质量的核。
(2)把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变，又称热核反应。
4、核反应堆：慢中子反应堆、快中子增殖反应堆
核反应堆是一种实现可控链式反应的装置，它可以使堆内的链式反应以一定的强度进行下去，从而稳定地释放核能。根据反应堆的工作原理，主要可分为两类：慢中子反应堆，它是目前广泛应用的实用核反应堆；快中子增殖反应堆，它属于目前正在研究和实验的核反应堆。
核能与核反应核裂变与核聚变的介绍
核能与核反应核裂变与核聚变的介绍核能与核反应：核裂变与核聚变的介绍核能是一种源于原子核中巨大能量的形式，是当前世界上最主要的清洁能源之一。
核能通过核反应的方式释放出来，其中最常见的核反应有核裂变和核聚变。
本文将介绍核能以及核裂变和核聚变的基本原理和应用。
一、核能的基本概念及特点核能是指储存在原子核中的巨大能量，其能量密度远高于常见的化学能。
核能的主要特点包括：1. 高能量密度：核能的能量密度远高于化学能，仅几克核燃料就可输出巨大的能量，这使核能成为高效的能源来源。
2. 易于储存和运输：核能可通过核燃料的形式进行储存和运输，使其可以灵活应用于不同领域。
3. 清洁环保：核能的利用过程中不会产生二氧化碳等温室气体和大量的污染物，对环境的影响较小，是一种低碳清洁能源。
二、核裂变的过程和应用1. 核裂变的概念：核裂变是指重核（如铀、钚等）被中子轰击后产生裂变，释放出巨大能量的过程。
核裂变反应通常可表示为：核裂变：重核 + 中子→ 轻核 + 轻核 + 中子 + 能量2. 核裂变的链式反应：核裂变过程中，释放的中子可继续轰击其他重核，形成链式反应。
当链式反应持续稳定进行时，就产生了裂变链式反应，从而释放出大量的能量。
3. 核裂变的应用：- 核能发电：核裂变被广泛应用于核能发电厂中。
在核反应堆中，通过控制链式反应的速率，可释放出大量的热能，用于产生蒸汽驱动涡轮发电机，生成电能。
- 核武器：由于核裂变释放的能量巨大，核裂变也可以用于制造核武器。
然而，核武器的制造和使用受到严格的国际法律和条约限制。
三、核聚变的过程和应用1. 核聚变的概念：核聚变是指轻核（如氢、氦等）融合形成更重的核，并释放出巨大能量的过程。
核聚变反应通常可表示为：核聚变：轻核 + 轻核→ 重核 + 中子 + 能量2. 核聚变的条件：核聚变需要极高的温度和压力条件才能实现，目前主要通过两种方法进行控制：- 惯性约束聚变（ICF）：利用激光或粒子束瞬时加热和压缩燃料，使其达到触发聚变的条件。
人教版高三物理第四节核反应、核能 第五节裂变知识精讲
高三物理第四节核反应、核能第五节裂变知识精讲一. 本周教学内容：第四节核反应核能第五节裂变二. 知识要点：1. 知道什么是核反应，知道原子核的人工转变是核反应的一种形式，能够正确地写出核反应方程。
2. 理解质量亏损的概念，并能作有关计算。
知道爱因斯坦质能方程的物理意义。
能根据质能方程计算核反应中释放的核能。
3. 知道重核裂变和链式反应，会计算裂变过程中释放的能量。
4. 知道什么是核反应堆，了解慢中子反应堆的工作原理。
5. 知道我国使用的浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站的工作原理，都是利用重核的链式反应放出核能。
原子弹的原理也是利用重核的链式反应放出核能。
三. 疑难辨析：1. 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。
原子核的人工转变就是一种核反应和衰变过程一样，在核反应中，质量数和电荷数都守恒。
2. 所谓质量亏损，是指反应物在核反应之前的总质量与核反应之后的总质量的差值。
例如核子在结合成原子核时必出现质量亏损。
爱因斯坦的质能方程E=mc2指出了物体的能量E 与质量m之间的密切联系，当物体的质量增加或减少Δm时，它的能量也会相应增加或减少ΔE，ΔE和Δm的关系是ΔE=Δmc2。
应当注意：①所谓质量亏损，并不是质量消失；减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了；反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给；②在由方程ΔE=Δmc2算对应的能量时要注意；当Δm的单位是kg，c的单位是m/s时，求出ΔE的单位是J；当Δm的单位是u时，可根据1u相当于931.5MeV的能量关系计算结果（课后请证明，1原子质量单位u相当于931.5MeV的能量）；③在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为新核和新粒子的动能，因而在此情况下可用动量守恒和能量守恒来解决问题。
3. 核物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
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一、核反应： 某种元素的原子核变为另一种元素 的原子核的过程。 1、分类： 衰变、人工核转变、裂变等 2、核反应遵循的基本规律： 质量数和电荷数都守恒 例1、质子和中子的发现方程。 3、核反应的能量来源分析： 爱因斯坦的相对论指出,物体的能量 荷质量之间存在着密切的联系.
二、质能方程
1、质量亏损：组成核的核子总质量和 原子核的质量之差Δm 2 如:经过精确计算表明,氘核（1 H ）的质量比 0 1 中子（1 n）和质子（ 1 H）的质量之和要小一些。 2、质能方程： E＝m c2 ΔE＝ Δm c2 3、证明：1 u = 931.5 MeV 4.核子在结合成原子核时，质量有亏损， 要放出能量。 反之，原子核分解成核子时要吸收能量。
D. 该方程既适用于微观粒子,也适合宏观物体
例4、 两个中子和两个质子可以结合成一个氦
核, 已知中子的质量是1.008665u, 质子的质量是 1.007276u, 氦核的质量是4.0026u, 求此核反应的 质量亏损和结合能, (1u=1.66×10-27千克, c=3×108米／秒)
解：△m＝0.029282u △E＝ △mc2=931.5 × 0.029282= 27.3MeV
其中p为质子，α为α粒子，e+ 为正电子，ν为一种 中微子。已知质子的质量为mp =1.672648×10 -27kg， α 粒子的质量为mα=6.644929×10 -27kg，正电子的质量为 me=9.11×10-31kg，中微子的质量可忽略不计。真空中 的光速c=3×108 m/s。试计算该系列核反应完成后释放 的能量。
γ光子, 由此可见
(
B C)
A.氘核的质量等于质子和中子的质量之和
B.氘核的质量小于质子和中子的质量之和
C.核子结合成原子核时会释放核能
D.原子核分解成核子时会释放核能
例3、关于质能方程E=mc2,下述错误的是
（ B ） A. 质能方程是爱因斯坦最先得出的 B. 该方程表明物体的质量和能量可以相互转化 C. 该方程表明物体的能量跟它的质量成正比
0 0 ＋1 －1 光子,反应方程式为_______________,若正负
e e＝2
电子质量都为m,普朗克常数为h,则所产生的光
mC 2 子频率为___________。 h
235 92
3 n U + n→ Ba+ Kr + ____ 200.6MeV
1 0 141 56
1 0
（2）链式反应： 铀核裂变时放出几个中子，再引起其他铀核裂 变而使裂变反应不断进行下去称为链式反应。 链式反应的示意图：
(3)重核裂变的应用
核电站
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 石墨、重水或普通水，用于减 减速剂： 小中子的速度 控制棒：镉，用于 吸收中子，控制 核反应的快慢。
或 △E ＝ △mc2
＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 ＝ 4.37 ×10－12J＝27.3MeV
13. 一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子
，已知铀核的质量为3.853131×10-25 kg，钍核
质量为3.786567×10-25 kg，α粒子的质量为
6.64672×10-27 kg，在这个衰变过程中释放出来
235 92
U 俘获一个慢中子后发生的
裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为
92 235.0439 1.0087 93.9154 138.9178 反应方程下方的数字为中子及有关原子的静止质量（以
94 + 01 n→ 38 Sr + 139Xe+ 3 1 n 54 0
原子质量单位u为单位）。已知1u 的质量对应的能量为
的能量等于
8.7×10 -13 J（保留两位二位数字）
12. 中子质量为1.0087u，质子质量为 1.0073u，氘核的质量为2.0136u，中子和质子 结合为氘核时释放的能量为 3.7×10 -13 J。
11．裂变反应是目前利用中常用的反应，以原子核
235 92
U
为燃料的反应堆中，当
235 U
me=9.11×10-31kg
将六个方程式相加，得到
4p
2 e +2 +
ΔE= mc2 =(4m p– m 2me )c 2 -
代入数字，经计算得到
ΔE=3.95×10-12 J
太阳辐射能量主要来自太阳内部的 [ D ] A. 化学反应 B. 放射性衰变 C. 裂变反应 D. 热核反应 11、正、负电子相遇时湮灭,同时产生一对
三 、原子核反应的类型： 1、两类基本的核反应 重核俘获一个中子后分裂为几个中等 重核 质量的核的反应过程. 在裂变的同时 裂变 要放出几个中子和大量的核能。 轻核 某些轻核结合成质量较大的核的 聚变 核反应过程，同时放出大量的核能。
2、重核裂变
-----以铀核的裂变为例
92 36
（1）一种典型的铀核裂变
复习: 1、完成下列的核反应方程式：
235 92
U n
1 0
138 56
Ba Kr ( 3 n )
95 36
3 2
4 2
1 0
2 1
H H n ( He )
2 1 1 0
226 88 14 6
Ra
0 1
222 86
Rn ( He )
14 7C e( N )来自9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是 ________________MeV。 1.8 ×102
解：Δm=0.1933u Δ E=931.5×0.1933=1.8 ×102 MeV
16.（12分）如下一系列核反应是在恒星内部发生的，
p 12C 13N 6 7 13 13 7 N 6 C e 13 14 p 6 C 7 N 14 15 p 7 N 8 O 15 15 8 O 7 N e p 15N 12C 7 6
p 12C 13N 6 7 13 13 7 N 6 C e 13 14 p 6 C 7 N 14 15 p 7 N 8 O 15 15 8 O 7 N e p 15N 12C 7 6
解：
m =6.644929×10 -27kg
m p =1.672648×10 -27kg
原子弹： 不可控的核反应
原子弹爆炸时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖
例1、由核子结合成原子核时 ( A C )
A. 核的质量总是小于组成它的核子的质量和 B. 原子核的质量应该等于组成它的核子的质量和 C. 核子结合成原子核时要放出能量 D. 核子结合成原子核时要吸收能量。
例2、 一个质子和一个中子结合氘核时,产生