第十一章原子核的裂变和聚变123
第五章 核裂变与核聚变5.1核裂变反应1.自发裂变与诱发裂变1).自发裂变－原子核没有外来粒子轰击自行发生裂变 一般表达式212211Y Y X A Z A Z A Z+→ 21A A A +=；21Z Z Z+=。
(1)裂变能s f Q ,由能量守恒可以导出自发裂变的裂变能s f Q ,()()222111,,,A Z Y A Z Y sf T T Q +=()()()[]222112,,,c A Z M A Z M c A Z M ⋅+-=()()()A ZB A Z B A Z B ,,,2211-+=()[()()]2211,,A Z A Z A Z -∆+∆-∆=自发裂变发生的条件：0,>s f Q 。
从比结合能曲线看，90>A 即可满足此条件。
(2)裂变势垒与穿透势垒概率从上面讨论可见，90>A 原子核就可能发生自发裂变。
但实验发现很重的核才能发生，有能量放出只是原子核自发裂变的必要条件，具有一定大小的裂变概率，才能在实验上观察到裂变事件。
和α衰变的势垒穿透类似，原子核自发裂变也要穿透一个势垒，这种裂变穿透的势垒称为裂变势垒。
势垒穿透概率的大小和自发裂变半衰期密切相关，穿透概率大，半衰期就短，穿透概率小，半衰期就长。
而且，自发裂变半衰期对于裂变势垒的高度非常敏感，例如，垒高相差MeV 1，自发裂变半衰期可以差到510倍。
根据核的液滴模型可得裂变势垒的近似公式sps b E A Z E ,32219.0183.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 式中sp s E ,球形核的表面能。
随着A Z 2的加大，裂变势垒高度降低。
因而自发裂变的概率增加。
A Z 2较小的核，尽管满足0,>s f Q ，但因裂变势垒太高，很难穿透势垒，所以，这些核对自发裂变是稳定的。
(3)裂变份额f R重核大多数具有α放射性，自发裂变与α衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕变的两种形式。
发生自发裂变过程的衰变常数记为f λ，发生α衰变过程的衰变常数记为αλ。
对U 23592： a 101039.9-α⨯=λ，a f 181085.3-⨯=λ；故裂变份额 0≈λ+λλ=αf f fR对Cf25298：a 725.0=λα，a f 31010.8-⨯=λ；故裂变份额 %8.2=λ+λλ=αf f fR对Cf25498：则裂变份额:%7.99=f R 。
裂变碎片是很不稳定的原子核，一方面碎片处于较高的激发态，另一方面它们是远离β稳定线的丰中子核而发射中子，所以自发裂变核又是一种很强的中源。
２)诱发裂变－在外来粒子的轰击下，靶核与入射粒子形成复合核，复合核一般处于激发态，会进而发生裂变。
入射粒子可以是带电粒子或中子，主要研究是中子，它是链式核反应的主要过程。
其一般表达式为Y Y X X n A Z A Z A Z A Z 2211*1+→→++一般假定靶核是静止的，中子的动能为n T 。
先看复合核的形成过程。
由能量守恒()[]()2*21,,c A Z M E c A Z M m T n n ++=++ 可得到()()[]2*1,,c A Z M A Z M m T E n n +-++=其中*E 为复合核的激发能。
由于在质心系中讨论比较方便，给出入射粒子在质心系中的动能为 n n n A A n T A AT m m m T 1'+≈+=。
由最后一个中子的结合能的定义：()()()[]21,,1,c A Z M m A Z M A Z B n n +-+=+()()()1,0,1,+∆-∆+∆=A Z A Z所以，在质心系中，复合核的激发能()n n T A AA ZB E 1+++=1,*可见，复合核的激发能为最后一个中子的结合能和中子的相对运动动能之和。
根据复合核激发能和裂变势垒的大小，可以分热中子核裂变和阈能核裂变两种情况讨论。
(1)热中子核裂变以U 235为例，可表达为 YX U U n +→→+*236235由于热中子的能量00253.0≈=eV T n ，所以，*236U 的激发能()1,*+≈A Z B E n 所以， ()()()MeV E 545.6236,921,0235,92*=∆-∆+∆=而U 236的裂变势垒MeV E b 9.5=。
只有核的激发能*E 超过裂变势垒高度b E 时，裂变概率才显著增大，才能从实验上观察到裂变发生。
这样的核素称为易裂变核，同样的易裂变核还有,...Pu ,Pu ,U 241239233。
(2)阈能核裂变－中子须大于一定能量才有较大的概率发生核裂变。
以U 238为例()()()()MeVB n 806.4239,921,0238,92238,92=∆-∆+∆=；其裂变势垒MeV E b 20.6= 由公式()n n T A AB E 1238,92*++= 和前讨论的一样，在质心系中裂变前后体系的动量均为零，只要b E E=*，就容易发生裂变，所以()b n n E T A AB E =++=1238,92* 代入，得到发生核裂变的阈能：()[]MeV B E AA T n b n 40.1238,921=-+=这样，中子能量必须大于某一阈能的核裂变称为阈能核裂变。
能发生阈能核裂变的核素有Th 232，Pu 238等。
引起上述差别的原因可以归纳为下面两点：中子被核俘获后形成复合核。
复合核处于激发态，它将发生集体振荡并改变形状。
按液滴模型，这时有两种力相互竞争：表面张力将力图使原子核保持球形；库仑力将使核的形变增大，最终有可能使它拉长而一分为二。
裂变能否发生将取决于复合核的激发能的大小及库仑能C E 与表面能S E 的比值。
对后者而言，可裂变率χAZ A A Z E E sc 232312~~=χ- 可见，A Z 2越大，裂变的可能性也越大。
以U U n 236235→+为例，86.352=A Z ，U 238的A Z 2的值比U 235略小一点，可裂变率也小一点。
更重要的原因在于复合核的激发能的差异。
U 235是奇A 核，欢迎再来一个中子与它成对。
因此，中子与U 235结合得很紧，结合能为MeV 545.6，复合核U 236处于高激发态，而其裂变势垒b E 仅为MeV 9.5，从而容易发生裂变。
U 238为偶偶核，外来中子的结合能就比较小。
中子与U 238的结合能MeV B n 806.4=。
而U 239的裂变势垒为MeV 20.6，因此，中子必须大于某一定能量才能发生核裂变。
3)诱发裂变截面定义： sa fN I I ⋅=σ 单位面积的靶核数粒子数单位时间单位面积入射单位时间内发生裂变数⨯=同样其量纲为面积，单位是2m 或2cm 。
在手册中，常给出多种截面值：f σ――裂变截面；γσ――辐射俘获截面()γ,n ；a σ――吸收截面，γσ+σ=σf a ；t σ――总截面， a t σ>σ。
一些裂变核素的截面值见表25-。
裂变截面与入射中子能量的关系：对慢中子()KeV T n 1<有如下关系：nT v v v 1100∝∝σ=σ称为v 1规律。
式中0σ是对热中子()eV T n 0253.0=截面，0v 为热中子速度sm v 22000=。
以U 235为例，b 2.5820=σ。
共振中子()KeV T KeV n 101<<，为共振区，峰值达几十b ； 快中子 在MeV T n 1~ b f 1~~min σσ。
2 裂变后现象复合核处于激发态，复合核发生裂变。
原子核裂变后产生两个碎片。
裂变后现象即指裂变碎片的性质及释放的中子及γ射线等。
1) 裂变过程碎片的特点：和自发裂变一样碎片不稳定，处于高激发态且为丰中子，发射1～3个瞬发中子和瞬发γ射线，，此过程在s 10-内完成；通过β衰变进一步释放能量，其半衰期一般为大于s 210-，著名的β衰变链)(140,40β140,12.8β140,66β140,16β140稳定Ce La Ba Cs Xe hd s s −−→−−−−→−−−→−−−→−----；β衰变后的核素仍为丰中子，进而立即发射缓发中子和缓发γ而趋于稳定核，缓发中子的时间取决于β衰变的半衰期。
2) 裂变碎片的质量分布裂变碎片的质量具有一定的分布。
低激发态重核的裂变大多是以非对称方式发生的。
以U 235为例，呈一马鞍形。
重碎片的质量的峰值是139=A ，而轻裂变碎片的质量的峰值是96=A 。
而对1182236==A 的裂片仅占%01.0，从结合能的角度则无法解释，可通过核结构的壳层效应来解释。
对各种裂变核的重碎片的质量的峰值都在139=A 附近，而轻裂变碎片则随裂变核而改变。
裂变碎片几乎包括了大多数的中等核素。
3) 裂变中子裂变中子可分为瞬发中子和缓发中子。
瞬发裂变中子的能量是连续的，服从麦克斯威分布。
其平均能量对Cf 252 MeV E 025.0179.2±= 对U N 235+ MeV E 029.0979.1±=缓发裂变中子产生于裂变产物的某些β衰变链中。
缓发中子占全部中子的0064.0。
可控核裂变的实现取决于缓发中子的控制。
每次裂变释放出中子的平均数用符号ν表示，ν包括瞬发中子和缓发中子。
由于易裂变核吸收一个低能中子，除发生裂变外，还可能发生()γ,n 反应。
因此，易裂变核每吸收一个热中子后，放出的平均中子数应为af σσν=η以U 235为例，51.2=ν，28.2=η。
4) 裂变能f Q 及其分布裂变能定义为由复合核裂变成碎片所放出的能量。
由于中等质量的裂变碎片的比结合能比重核的比结合能大，所以裂变必然放出巨大的能量。
重核每次裂变大约产生MeV 200的裂变能，裂变能大部分分配为裂变碎片的动能。
具体分配表见表5-3。
在计算核的裂变能时要注意核子数是否守恒。
碎片是带巨大动能的、带正电荷的重离子，十分有利于探测。
3 链式反应和核反应堆 1)维持链式反应的条件一个可裂变核俘获一个中子发生裂变时，平均释放出若干个中子，这些中子或或通过慢化而成的热中子，引起新的裂变产生第二代中子。
第二代中子再引起裂变产生第三代中子，依次类推，这些过程称为链式反应。
要维持链式反应的基本条件是裂变放射出来的新一代中子中平均有一个中子又能引起新的裂变。
即考虑了裂变中子的一切可能损失后，任何一代中子的总数要大于或等于前一代的总数，在无限大的介质中，相邻两代中子总数之比称为中子倍增系数单位时间吸收的中子数单位时间生成的中子数=∝k维持链式反应的条件为。
1=k 为临界状态，1>k 为超临界状态。
这里总中子数是统计平均的概念。
要维持链式反应，必定有一个适当的大小，这称为临界体积。
对有限大小的反应堆，有效倍增系数漏）的中子数单位时间（被吸收＋泄单位时间生成的中子数=effk显然，∝<k k eff。
[新版本]《核裂变与核聚变》PPT教学课件-人教版物理
![[新版本]《核裂变与核聚变》PPT教学课件-人教版物理](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/d4dbec583a3567ec102de2bd960590c69ec3d8c4.webp)
放能多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3~4倍
核废料处理 难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
核裂变时可能分裂为两部分、三部分或四部分,但产生两部分的概率最大,A、
D错误,C正确;铀核裂变为中等质量的原子核时一定释放能量,B正确。
新知讲解
二、反应堆与核电站
核反应堆：人工控制链式反应的装置
吸收中子、控制反应速率
(浓缩铀) 核燃料
慢中子 (石墨、轻水、重水)
新知讲解
核能发电的基本原理
新知讲解
BC 1、(多选)关于裂变反应,下列说法正确的是( )
A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂为质量差不多的两部分
B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量
C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、三部分或四部分
D.所有重核用中子轰击均能发生裂变反应
解析：用中子轰击
235 92
U
和
239 94
Pu
等少数重核元素才能发生裂变反应,铀
方法: ①用加速器加速原子核 ②原子核加热到很高的温度108～109K
新知讲解
大阳是一个巨大的热 核反应堆
弹体
小 普通炸药 型
铀 235
原 子
外壳
弹
氘、氚、重
氢化钾等
引爆装置
氢弹结构示意图
释放核能
新知讲解
1、受控核聚 变
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性
1）轻核聚变产能效率高
2）地球上聚变燃料的储量丰富
明实确际： 上“是中对流“”谁，主江沉解水浮中析”间的。巧：三妙句回铀大答意。棒是是：“还核记得燃吗？料当,年裂我们变一时同到可江心放游泳出，尽能管风量浪,巨故大，A连正行船确也很;镉困难棒，但吸我们收这中些人子以同的汹涌能的急力流拼很搏强为快,乐作。”用这里是以设调问句结尾，
核反应中的裂变产物与聚变产物分析
核反应中的裂变产物与聚变产物分析核反应是指原子核发生变化的过程，其中包括裂变和聚变两种类型。
裂变是指重核分裂成两个或多个较轻的核片段，而聚变是指两个或多个轻核聚合成一个较重的核。
在核反应中，会产生各种不同的裂变产物和聚变产物。
本文将对核反应中的裂变产物和聚变产物进行分析。
一、裂变产物分析裂变是指重核分裂成两个或多个较轻的核片段的过程。
在裂变过程中，会产生大量的裂变产物，其中包括中子、裂变产物核片段和释放的能量。
1. 中子在核裂变过程中，会释放出大量的中子。
这些中子可以继续引发其他核反应，如继续裂变或引发聚变等。
中子的释放对于维持核链反应的持续进行至关重要。
2. 裂变产物核片段裂变产物核片段是指在核裂变过程中产生的两个或多个较轻的核片段。
这些核片段的质量和原子序数可以根据裂变反应的类型和原始核的性质来确定。
裂变产物核片段的质量和原子序数的分布对于核反应的研究和应用具有重要意义。
3. 能量释放在核裂变过程中，会释放出大量的能量。
这是由于裂变产物核片段的质量差异引起的。
根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，质量差异会转化为能量的释放。
核裂变的能量释放对于核能的利用具有重要意义。
二、聚变产物分析聚变是指两个或多个轻核聚合成一个较重的核的过程。
在聚变过程中，会产生大量的聚变产物，其中包括中子、聚变产物核和释放的能量。
1. 中子在核聚变过程中，也会释放出大量的中子。
这些中子可以继续引发其他核反应，如继续聚变或引发裂变等。
中子的释放对于维持核链反应的持续进行至关重要。
2. 聚变产物核聚变产物核是指在核聚变过程中产生的较重的核。
聚变反应通常涉及氢同位素（氘和氚）的聚变，产生的聚变产物核包括氦和其他轻核。
聚变产物核的质量和原子序数可以根据聚变反应的类型和原始核的性质来确定。
3. 能量释放在核聚变过程中，同样会释放出大量的能量。
聚变反应的能量释放是由于聚变产物核的质量差异引起的。
核聚变的能量释放对于核能的利用具有重要意义。
原子核会裂变和聚变的内容
原子核会裂变和聚变的内容
原子核裂变和聚变是两种核反应过程，涉及原子核的重组和释放能量。
1. 原子核裂变（nuclear fission）：在原子核裂变中，一个重核通过吸收中子，分裂成两个或多个轻核，同时释放出大量能量和中子。
这个过程通常发生在重元素（如铀、钚）的大原子核中。
裂变反应产生的能量是以核能和动能的形式释放出来，而同时释放的中子还可以进一步触发其他裂变反应。
2. 原子核聚变（nuclear fusion）：在原子核聚变中，两个轻核相互碰撞并融合成一个更重的核，同时释放出巨大的能量。
聚变反应通常发生在质子和中子相互作用的情况下。
在太阳和恒星内部，聚变反应是主要的能量来源。
聚变反应还可以在地球上的实验室中进行，但目前还没有找到有效的方法来实现可控的聚变反应。
原子核裂变和聚变都是释放核能的过程。
裂变反应通常释放出大量的能量，因此被用于核能发电和核武器。
而聚变反应则是追求清洁、高效能源的研究方向，但目前实现可控
聚变仍然面临许多技术挑战。
原子核物理中的裂变与聚变
原子核物理中的裂变与聚变在原子核物理中，裂变和聚变是两种重要的现象。
在这篇文章中，我们将深入探讨这两种现象，它们的意义和作用以及它们在能源领域中的应用。
裂变是一种核反应，它发生在重原子核中。
当一个重原子核被撞击或吸收中子后，它将变得不稳定，并开始发生裂变。
裂变过程中，原子核将分裂成两个或更多的轻原子核、中子和大量的能量。
这个能量很大程度上是通过电磁辐射的形式来释放的，包括伽玛射线和中子。
裂变发生的时候，会释放非常大的能量。
在核电站中，这个过程可以通俗地描述为将核燃料加热，从而生成蒸汽，通过涡轮发电机转换为电能。
但是，裂变并不是完美的：反应产生的放射性废弃物是危险的。
核电站必须采取措施来控制这些放射性物质，以免影响人类的健康。
另一方面，聚变是一种将轻原子核合并成更重的原子核的核反应。
这种过程需要极高的温度和压力组合，以克服核束缚力的强力作用。
在聚变过程中，发生的化学反应将释放出巨大的能量，这通常是通过光和中子等电离辐射来释放的。
在自然界中，聚变主要发生在太阳和星星中。
太阳一直在通过聚变释放能量，这些能量支持所有的地球生命。
科学家一直致力于开发一种聚变反应器，以便利用聚变反应的能量。
一些实验已经在研究聚变反应器，但到目前为止，这种技术还没有发展到商业应用的水平。
裂变和聚变的应用不仅局限于能源领域。
在医学领域，核裂变可以用来治疗某些癌症，如淋巴瘤和白血病。
此外，聚变反应器还可以用于生产放射性同位素。
这些同位素可以用于许多用途，包括利用放射性气体来测量气味的传播和测量脑部活动。
总之，裂变和聚变在原子核物理中是重要的现象。
它们提供了巨大而有用的能量，可以用于制造电力和生产其他有用的物质。
虽然这些技术可能会带来一些危险，但是科学家们已经采取了很多措施来确保这些技术的安全性和可持续发展。
《核裂变与核聚变》 讲义
《核裂变与核聚变》讲义一、什么是核裂变核裂变，简单来说，就是一个重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程。
这个过程会释放出巨大的能量。
我们先来了解一下原子核。
原子核是原子的核心部分，由质子和中子组成。
在某些重原子核中，它们的结构相对不稳定。
当受到外部条件的刺激，比如被一个中子撞击时，就可能发生裂变。
以铀-235 为例，当它吸收一个中子后，会变得不稳定，然后分裂成两个质量较小的原子核，同时释放出两到三个新的中子，并释放出大量的能量。
这些释放出来的中子又可以去撞击其他铀-235 原子核，引发链式反应，从而持续释放出更多的能量。
核裂变的发现具有重要的历史意义。
在 20 世纪 30 年代，科学家们通过一系列的实验和研究，逐渐揭示了这一现象。
二、核裂变的过程核裂变的过程相当复杂，但我们可以大致将其分为几个阶段。
首先是引发阶段，就是前面提到的重原子核吸收中子，变得不稳定。
然后是分裂阶段，原子核分裂成两个或多个部分，这些部分的质量和电荷分布都不同。
在分裂的同时，会释放出大量的能量，包括热能、光能、辐射能等等。
而且，还会释放出一些快速运动的粒子，比如中子、β粒子和γ射线。
三、核裂变的应用核裂变最广为人知的应用就是核电站。
核电站利用核裂变产生的能量来发电。
在核电站中，核燃料（通常是铀）被制成燃料棒，放置在反应堆中。
通过控制中子的数量和速度，来控制核裂变的反应速度，从而稳定地产生热量。
这些热量被用来加热水，产生蒸汽，驱动涡轮机转动，进而带动发电机发电。
除了发电，核裂变还在医学领域有应用，比如用于癌症的放射治疗。
通过精确控制放射性同位素的衰变和辐射，来杀死癌细胞。
然而，核裂变也存在一些问题和风险。
四、核裂变的风险与挑战首先是核废料的处理问题。
核裂变产生的核废料具有高放射性，需要妥善处理和存放，以避免对环境和人类健康造成危害。
但找到安全、长期有效的处理方法并非易事。
其次是核事故的风险。
虽然核电站在正常运行时是安全的，但如果出现故障或人为失误，可能会导致核泄漏等严重事故，造成巨大的灾难。
核裂变和核聚变的物理原理
核裂变和核聚变的物理原理核裂变和核聚变是两种核反应，它们都是利用原子核之间的相互作用来实现能量转换的。
这些反应在日常生活中虽然不常见，但却在核能产业中起着重要的作用。
本文将讨论核裂变和核聚变的物理原理。
一、核裂变核裂变是指一个原子核吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的核的过程，同时释放出大量的能量。
这些被分裂的核称为裂变产物，而已吸收中子的原核被称为靶核。
核裂变的物理原理是通过核反应来实现能量的转换。
在核反应中，原子核之间的相互作用产生了足够的能量来撕裂原子核的结构。
通常来说，核反应会释放出巨大的能量，这就是裂变产物带走的能量。
核裂变的关键是让中子和靶核相互作用。
当中子被靶核吸收时，靶核会变成一个高能态的系统。
然后，这个系统就会发生变化并释放出能量，裂变产物因此产生。
二、核聚变核聚变是指将两个原子核融合在一起成为一个更大的核的过程。
这种反应有两种类型：轻核聚变和重核聚变。
轻核聚变发生在太阳和其他恒星中，而重核聚变则发生在地球上的热核反应中。
核聚变的物理原理是，当原子核自由接近时，由于它们之间的电磁斥力会减小，所以能量会逐渐减小。
一旦核足够靠近，它们就会进入“禁闭区”，在这个区域中，原子核的静电力将克服它们之间的静电排斥力。
原子核在禁闭区内相互吸引并形成联合状态，这个联合状态因为能量比原来的两个原子核的状态更低，因此释放出了能量。
这些能量以光子和带电粒子的形式被释放。
三、核裂变和核聚变的应用核裂变和核聚变的应用非常广泛，如核燃料、核电站和核武器等。
核裂变产生的能量可用于发电，而核聚变则是清洁、高效能量的理想来源。
此外，核裂变还被用于制造核武器。
总之，核裂变和核聚变是两种重要的核反应，它们利用原子核之间的相互作用来实现能量转换。
虽然核裂变和核聚变的物理原理有所不同，但是它们都具有广泛的应用前景。
在未来，这些反应将会成为我们不可或缺的能源来源。
核裂变与核聚变
裂变释放能量是因为原子核中质量－能量的储存方式以铁及相关元素(见核合成)的核 的形态最为有效。从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以， 重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元 素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。然而，很多这类重元素的核 一旦在恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发)，它们却是很稳 定的。不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定 核时，也能触发裂变。由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放 射性物质(如铀-235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂 变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这 就是称之为原子弹(实际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量 释放过程。对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核 的裂变。对于核反应堆，反应进行的速率用插入铀(或其他放射性物质)堆的可吸收部 分中子的物质来控制，使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。 核裂变所释放的高能量中子移动速度极高(快中子)，因此必须通过减速，以增加 其撞击原子的机会，同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂将高能量 中子速度减慢，变成低能量的中子(热中子) 。商营核反应堆普遍采用普通水、石墨和 较昂贵的重水作为慢化剂。 核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像 铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更 多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核 接着发生核裂变……，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。原子核在发生 核裂变时，释放出巨大的能量称为原子核能，俗称原子能。1克铀235完全发生核裂变 后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。比原子弹威力更大的核武器是氢弹， 就是利用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一 个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘、氚等。核 聚变也会放出巨大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚 变成氦过程，它的光和热就是由核聚变产生的。
原子核的裂变和聚变
原子核的裂变和聚变原子核是构成物质的基本单位之一，它的结构和性质一直困扰着人类，而原子核的裂变和聚变则是其中最引人注目的现象之一。
本文将介绍原子核的裂变和聚变，并探讨它们对生活和能源领域的影响。
裂变是指重原子核分裂成两个或多个轻原子核的现象。
裂变的实质是，当重原子核受到高能粒子的撞击或吸收中子时，核内质子和中子的相互作用发生变化，导致核的不稳定状态。
裂变反应一般以放射性元素铀为基础，发生在核反应堆或核武器中。
在核反应堆中，裂变反应可以通过引发连锁反应，以产生热量，进而供应电力。
裂变不仅产生巨大的能量，更重要的是产生中子。
这些中子可以再次与铀核发生碰撞，引发新的裂变，从而释放更多的能量和中子。
正是这种特性使核反应堆能够连续供应能量。
然而，由于核裂变产生的放射性废物需要长时间来降解，处理核废料的问题也逐渐成为裂变能源的挑战之一。
与裂变相对应的是聚变，它是指轻原子核融合为重原子核的过程。
聚变反应发生在太阳等恒星内部，也可以在地球上的聚变反应堆中实现。
聚变通常需要很高的温度和压力，以克服原子核之间的斥力。
例如，在聚变反应堆中，使用等离子体来实现聚变反应。
等离子体是一种带有带电粒子的气体，可以通过磁场或激光束来控制和加热。
聚变的优势在于其产生的能量巨大且环保。
聚变反应的燃料是氘和氚，这些重氢同位素在自然界中非常稀有。
而且，聚变反应不会产生放射性废物，因此不会对环境造成长期影响。
此外，聚变反应所需的燃料可以从海水中提取，使其资源十分丰富。
然而，迄今为止，实现可控聚变反应仍然是一个巨大的挑战。
目前，国际热核聚变实验反应堆（ITER）被认为是最有希望实现可控聚变反应的项目之一。
ITER项目旨在利用等离子体来实现聚变反应，并为未来的商业聚变反应提供技术基础。
总结而言，原子核的裂变和聚变是两种具有重要意义的核反应。
裂变广泛应用于核电站和核武器等领域，能够提供大量的能源，但同时也带来核废料处理的问题。
聚变作为一种理想的能源解决方案，能够产生巨大的清洁能源，但实现可控的聚变仍面临挑战。
初中物理核聚变和核裂变
初中物理核聚变和核裂变核聚变和核裂变是物理学中重要的两个概念，它们在能源领域有着重要的应用。
本文将详细介绍核聚变和核裂变的含义、原理以及应用。
一、核聚变核聚变是指两个轻核碰撞后合并成一个更重的核的过程。
常见的核聚变反应是氢核和氘核碰撞形成氚核，这个过程释放出大量的能量。
核聚变是太阳和恒星能够持续发光的原因，也是人类梦寐以求的清洁能源。
核聚变反应可以分为两个阶段：点火阶段和燃烧阶段。
点火阶段需要提供足够的温度和压力，使得氢核能够克服库仑斥力聚集在一起。
一旦点火成功，核聚变反应将会自持续燃烧，释放出大量的能量。
核聚变能够释放出的能量是巨大的，而且燃料是非常丰富的。
氢和氘可以从水中提取出来，而且核聚变反应不会产生有害的废物。
因此，核聚变被认为是未来清洁能源的重要选择。
二、核裂变核裂变是指一个重核或者中重核分裂成两个或者更多轻核的过程。
常见的核裂变反应是铀-235核裂变为氙和锶，同时释放出大量的能量。
核裂变是核电站产生能量的原理，也是核武器爆炸的原理。
核裂变是通过中子轰击重核而发生的。
中子的能量足够高时，可以撞击重核并使其不稳定，从而分裂成两个轻核。
这个过程中释放出的大量能量，可以用来产生电能或者作为武器。
核裂变能够释放出的能量同样巨大，但是核裂变反应的燃料是相对稀缺的。
铀-235是目前常用的核裂变燃料，但是全球储量有限。
此外，核裂变反应还会产生放射性废物，对环境和人类健康造成潜在威胁。
三、应用核聚变和核裂变在能源领域有着重要的应用。
核聚变被认为是未来清洁能源的重要选择。
目前，国际上正在建设大型核聚变实验装置ITER，旨在实现核聚变在实际应用中的突破。
如果核聚变技术能够实现商业化，将会为人类提供廉价、清洁的能源。
核裂变被广泛应用于核电站和核武器。
核电站利用核裂变反应产生热能，通过蒸汽汽轮机转化为电能。
核电站具有能源稳定、发电量大、无污染等优点。
然而，核电站的建设和运营需要严格的安全措施，以防止核事故的发生。
核裂变与核聚变优秀课件
三. 裂变后现象
中子进入靶核所形成的复合核处于激发态，复合 核可能发生裂变，裂变会产生裂变碎片。
n Z A X A Z 1 X * Z A 1 1 Y 1Z A 2 2 Y 2
裂变后现象指裂变碎片的性质：
如碎片的质量、能量、释放的中子、射线等。
26 / 54
裂变过程
1.中子被靶核吸收形成复合核
Eb0.831x3ES0
表明随Z2/A的加大，裂变势垒高度降低。因而自发裂 变的概率增加。
对Z2/A较小的核，尽管满足Qf,s>0，但因裂变势垒太高， 很难穿透势垒，所以，这些核对自发裂变是稳定的。
10 / 54
所以实验发现，很重的核才发生自发裂变。
稳定核： 球形核势能Vsp<椭球形势能Vel；
而当：
E * T n m n M Z ,A M Z ,A 1 c 2
复合核 激发能
Tn' mAmAmnTn AA 1Tn
B n Z ,A 1 M Z ,A m n M Z ,A 1 c 2
15 / 54
复合核的激发能
E*BnZ,A1AA 1Tn
复合核的激发能为最后一个中子的结 合能和中子的相对运动动能之和。
• 238U(ε=7.6MeV)→119Pd(ε=8.5MeV)+119Pd，放 出很大的能量：214MeV
– 竞争关系：α衰变，T1/2=4.5×109年；fission， T1/2=1016年
• 反应堆，原子弹
3 / 54
芝加哥大学中的雕塑
4 / 54
✓ §5.1 原子核的裂变反应
§5.2 原子核的聚变反应
A2
Z
Z1 1 Z2 2
其中