核裂变ppt课件
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高二物理《核裂变》课件
探究问题三：核反应堆中各组成 部分在和反应中起什么作用？核 能发电的优点、缺点各是什么？
核电站的核心是核反应堆，其简化示意图如下：
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 慢化剂
3．核电站与火电站相比 (1)优点
①核电站消耗的燃料很少． ②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量 很大． ③火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放 出的污染物要少得多．
探究问题二：
Δm=0.2153u E=200.55Mev
1kg铀235全部裂变时放出的能量 就相当于2800t标准煤完全燃烧时释 放的化学能
原子弹
原子弹是利用重核裂变的链式反 应制成的，在极短时间内能够释放 大量核能，发生猛烈爆炸
1945年7月16日，第一颗原子弹在 新墨西哥州的荒漠上爆炸成功，其 爆炸威力相当于1.8万吨TNT炸药
收聚式（内爆式)结构
内爆式结构原子弹则是利用突然增加压力， 从而增加密度的方法达到超临界。
在内爆式结构中，将高爆速的烈性炸药制成 球形装置，将小于临界质量的核装料制成小球， 置于炸药中。通过电雷管同步点火，使炸药各 点同时起爆，产生强大的向心聚焦压缩波(又 称内爆波)，使外围的核装药同时向中心合拢， 使其密度大大增加，也就是使其大大超临界。 再利用一个可控的中子源，等到压缩波效应最 大时，才把它“点燃”。这样就实现了自持链式 反应，导致极猛烈的爆炸。
全球目前共有可运营核电机组439台，其中 美国作为最大的核电发展国家，拥有99台核电 机组，发电量占其电力来源的19.5%，而排名 第二的法国拥有58台机组，核电占比达到 76.9%，是全球对核电依赖最大的国家。相比 之下，尽管中国核电装机容量已达世界第四， 但2015年核电占国内电力来源比例仅有3%， 75%的电力仍然依赖于燃煤火电。不过如果根 据远期规划数量和装机容量来看，雄心勃勃的 中国目标直指世界第一核电国家，全部完工后 的装机容量总和将是美国的两倍。
核裂变课件
综合解题方略——核反应中动量和能量相结合的问题
在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、 重水和石墨等常用作减速剂．中子在重水中可与21H 核碰撞减 速，在石墨中与162 C 核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰 撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通 过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂， 哪种减速效果更好．
核裂变
1.基本知识 (1)核裂变 重核被 中子 轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核， 并放出 核能 的过程． (2)铀核裂变 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的， 其中一种典型的反应是29352 U＋10n―→14546 Ba＋8396Kr＋ 310n .
(3)链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引 起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的 链式反应 ． (4)链式反应的条件 发生裂变物质的体积大于 临界体积 或裂变物质的质量 大于 临界质量 ．
产生这些能量消耗的铀核的数目： n＝ΔEE＝72..87785××110－ 01161≈2.83×1027(个) 故每年消耗 235U 的质量为 M＝nmU＝2.83×1027×390×10－27 kg＝1 103.7 kg. 【答案】 (1)01n 3 (mU－mBa－mKr－2mn)c2 (2)1 103.7 kg
(2)有一座发电能力为 P＝1.00×106 kW 的核电站，核能 转化为电能的效率 η＝40%.假定反应堆中发生的裂变反应全 是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能 ΔE ＝2.78×10－11J，核的质量 mU＝390×10－27 kg，求每年(1 年 ＝3.15×107 s)消耗的29325U 的质量．
在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应 性强的优点，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电 能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应， 释放出大量核能．
核裂变课件PPT
核裂变能源的优缺点
核裂变能源的优点
高效能源来源
核裂变能是一种高效的能源来源，其 产生的能量远大于传统的化石燃料。
减少温室气体排放
相比于燃烧化石燃料，核裂变能减少 了二氧化碳等温室气体的排放，有助 于减缓全球气候变化。
可替代传统能源
核裂变能可以作为传统能源的替代品 ，特别是在化石燃料资源日益枯竭的 背景下。
提供稳定能源供应
核裂变能发电站运行稳定，不受天气 、季节等因素影响，可以提供稳定的 能源供应。
核裂变能源的缺点
放射性废料处理
潜在的核安全问题
核裂变会产生放射性废料，处理和存储这 些废料需要特别的技术和设施，存在一定 的安全和环境风险。
核裂变能发电站存在潜在的核安全问题， 如核事故、核泄漏等，可能对环境和人类 健康造成严重危害。
国际合作与政策问题
核裂变能的国际合作和政策问题也是当前关注的焦点，需要加强国 际合作和政策协调，推动核裂变能的可持续发展。
CHAPTER 04
核裂变技术的应用
核裂变在能源领域的应用
01
02
03
核能发电
核裂变产生的能量可以用 于发电，相比传统的火力 发电更为高效且环保。
核能供热
利用核裂变产生的热量可 以为城市或工业区提供集 中供热，减少对化石燃料 的依赖。
反应堆容器
用于容纳核燃料和冷却剂，维 持反应堆的完整性和密封性。
冷却剂
用于将反应堆产生的热量带走 ，保持反应堆的正常运行温度 。
安全保护系统
用于在紧急情况下快速停堆， 防止事故发生或减轻事故后果 。
核裂变反应堆的工作原理
01
02
03
04
核燃料在反应堆中受到中子轰 击，发生核裂变反应，释放出
核裂变能源的优点
高效能源来源
核裂变能是一种高效的能源来源，其 产生的能量远大于传统的化石燃料。
减少温室气体排放
相比于燃烧化石燃料，核裂变能减少 了二氧化碳等温室气体的排放，有助 于减缓全球气候变化。
可替代传统能源
核裂变能可以作为传统能源的替代品 ，特别是在化石燃料资源日益枯竭的 背景下。
提供稳定能源供应
核裂变能发电站运行稳定，不受天气 、季节等因素影响，可以提供稳定的 能源供应。
核裂变能源的缺点
放射性废料处理
潜在的核安全问题
核裂变会产生放射性废料，处理和存储这 些废料需要特别的技术和设施，存在一定 的安全和环境风险。
核裂变能发电站存在潜在的核安全问题， 如核事故、核泄漏等，可能对环境和人类 健康造成严重危害。
国际合作与政策问题
核裂变能的国际合作和政策问题也是当前关注的焦点，需要加强国 际合作和政策协调，推动核裂变能的可持续发展。
CHAPTER 04
核裂变技术的应用
核裂变在能源领域的应用
01
02
03
核能发电
核裂变产生的能量可以用 于发电，相比传统的火力 发电更为高效且环保。
核能供热
利用核裂变产生的热量可 以为城市或工业区提供集 中供热，减少对化石燃料 的依赖。
反应堆容器
用于容纳核燃料和冷却剂，维 持反应堆的完整性和密封性。
冷却剂
用于将反应堆产生的热量带走 ，保持反应堆的正常运行温度 。
安全保护系统
用于在紧急情况下快速停堆， 防止事故发生或减轻事故后果 。
核裂变反应堆的工作原理
01
02
03
04
核燃料在反应堆中受到中子轰 击，发生核裂变反应，释放出
核裂变与核聚变PPT课件
裂变碎片是得到放射性同位素的重要来源。
第23页/共48页
(3) 裂变中子
裂变中子可分为瞬发中子和缓发中子。 瞬发中子的能量是连续的，服从麦克斯 韦分布。可以求出其平均能量。
对 252Cf 为 E 2.179 0.025MeV 对 n235U 为 E 1.979 0.029MeV
缓发中子产生于裂变产物的某些β衰变链中。 其数量占全部中子的1％。 可控核裂变的实现取决于缓发中子的控制。
dn(t ) dt
n(t )(keff
1) /
n(t) n(0)e(keff 1)t /
定义反应堆周期
T： T /(k 第31页/共48页
e
ff
1)
一代时间 决定于中子发射时间 1和中子慢化时间 2。
1 2
通常在石墨慢化剂中，
2 0.001s
如果仅考虑瞬发中子，
1 1015 s
据此我们也就可以分可以分热中子核裂变和阈能核裂变两种情况讨论。
第11页/共48页
(b) 热中子核裂变
U 以 为23例5 ，可表示为：
Bn(Z, A 1) Eb
n 235U 236U * X Y
由于热中子的能量
Tn 0.0253eV 0
U 所以， 的激23发6能：*
E * Bn Z , A 1
第5页/共48页
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： 球形核势能Vsp>椭球形势能Vel时， 球形核椭球形核裂变
原子核的稳定条件： Vel Vsp>0
第6页/共48页
(d) 裂变份额
重核大多数具有 放射性，自发裂变与
衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕
第23页/共48页
(3) 裂变中子
裂变中子可分为瞬发中子和缓发中子。 瞬发中子的能量是连续的，服从麦克斯 韦分布。可以求出其平均能量。
对 252Cf 为 E 2.179 0.025MeV 对 n235U 为 E 1.979 0.029MeV
缓发中子产生于裂变产物的某些β衰变链中。 其数量占全部中子的1％。 可控核裂变的实现取决于缓发中子的控制。
dn(t ) dt
n(t )(keff
1) /
n(t) n(0)e(keff 1)t /
定义反应堆周期
T： T /(k 第31页/共48页
e
ff
1)
一代时间 决定于中子发射时间 1和中子慢化时间 2。
1 2
通常在石墨慢化剂中，
2 0.001s
如果仅考虑瞬发中子，
1 1015 s
据此我们也就可以分可以分热中子核裂变和阈能核裂变两种情况讨论。
第11页/共48页
(b) 热中子核裂变
U 以 为23例5 ，可表示为：
Bn(Z, A 1) Eb
n 235U 236U * X Y
由于热中子的能量
Tn 0.0253eV 0
U 所以， 的激23发6能：*
E * Bn Z , A 1
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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： 球形核势能Vsp>椭球形势能Vel时， 球形核椭球形核裂变
原子核的稳定条件： Vel Vsp>0
第6页/共48页
(d) 裂变份额
重核大多数具有 放射性，自发裂变与
衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕
第5节核裂变(22张ppt)
进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少 放射性物质在人体内的存留
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
二、核电站
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。
二、核电站
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒
减速剂
链式反应的应用—— 核电站慢中子反应堆
原子弹
在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画： 在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的 光芒。
广岛原子弹爆炸震撼视频片段
广岛红十字医院里，一个严重烧伤 的学生仰面躺在一张草席上。他的五官 几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了。 四天后他死了。
原子弹在距地面580米的空中爆 炸，在巨大冲击波的作用下，广岛市 的建筑全部倒塌，全市24.5万人口中 有7.815万人当日死亡，死伤总人数 达20余万，城市化为一片废墟。这是 人类历史上首次将核武器用于实战， 广岛成为第一座遭受原子弹轰炸的城 市。
核能----解决能源危机的根本途径
核发电量占总发电比例最多的10个国家是：
法国 75% 立陶宛 73.1% 比利时 57.7% 保加利亚 47.1%
世界核能发电占全部电量1/4
斯洛伐克 47%
瑞典 46.8% 乌克兰 43.8% 韩国 42.8% 匈牙利 38.3% 亚美尼亚 36.4%
中国核电站分布图
核武器是指利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量，产生爆炸作用， 并具 有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235（厬U）或钚239 （厱Pu）等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器，通常称为原子弹；主 要利用重氢（dao H，氘）或超重氢（chuan H，氚）等轻原子核的热核反应原理 制成的热核武器或聚变武器，通常称为氢弹。 1964年10月16日，中国自行研制的第一颗原子弹爆炸成功。根据解密的资料， 为了这颗原子弹的爆炸，中国一共花费了28亿人民币。 1967年6月17日，中国又 成功地进行了首次氢弹试验，打破了超级大国的核垄断、核讹诈政策，为中华人 民共和国作出了巨大贡献。
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
二、核电站
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。
二、核电站
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒
减速剂
链式反应的应用—— 核电站慢中子反应堆
原子弹
在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画： 在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的 光芒。
广岛原子弹爆炸震撼视频片段
广岛红十字医院里，一个严重烧伤 的学生仰面躺在一张草席上。他的五官 几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了。 四天后他死了。
原子弹在距地面580米的空中爆 炸，在巨大冲击波的作用下，广岛市 的建筑全部倒塌，全市24.5万人口中 有7.815万人当日死亡，死伤总人数 达20余万，城市化为一片废墟。这是 人类历史上首次将核武器用于实战， 广岛成为第一座遭受原子弹轰炸的城 市。
核能----解决能源危机的根本途径
核发电量占总发电比例最多的10个国家是：
法国 75% 立陶宛 73.1% 比利时 57.7% 保加利亚 47.1%
世界核能发电占全部电量1/4
斯洛伐克 47%
瑞典 46.8% 乌克兰 43.8% 韩国 42.8% 匈牙利 38.3% 亚美尼亚 36.4%
中国核电站分布图
核武器是指利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量，产生爆炸作用， 并具 有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235（厬U）或钚239 （厱Pu）等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器，通常称为原子弹；主 要利用重氢（dao H，氘）或超重氢（chuan H，氚）等轻原子核的热核反应原理 制成的热核武器或聚变武器，通常称为氢弹。 1964年10月16日，中国自行研制的第一颗原子弹爆炸成功。根据解密的资料， 为了这颗原子弹的爆炸，中国一共花费了28亿人民币。 1967年6月17日，中国又 成功地进行了首次氢弹试验，打破了超级大国的核垄断、核讹诈政策，为中华人 民共和国作出了巨大贡献。
19.6核裂变(共31张PPT)
求：（3）已知1吨优质煤完全燃烧时释放的能量为 计算1kg铀235全部裂变时所释放的能量相当于多少吨优质煤？
【解析】
作业
教科书88页“问题与练习”中的第3题、4题、5题
使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
3.链式反应的条件： ①有足够浓度的铀235。
防止杂质吸 收中子，影 响链式反应
②有足够的慢中子。
③铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。
1.原子弹：足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量。 铀-235 的临界质量约为 1 kg，质量超过1 kg则发生爆炸。
第6节 核裂变
1．核裂变 （1）核裂变：物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应 叫做裂变．
（2）核裂变的 过程演示图：
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。
（3）铀核裂变的一种反应方程：
→ U 235
92
+
1 0
n
141 56
控制棒
镉
吸收减速后的中子，控制反应速度
冷却剂
水或液态钠
把反应堆内的热量传输出去，用于发电， 同时也使反应堆冷却
防护层
金属套和钢筋混凝土 防止射线对人体及其他生物体的侵害
（3）核电站工作流程
工作原理： 核燃料裂变释放 能量，使反应区 温度升高
靠水和液态金属钠在反 应堆内外的循环流动， 把产生的热量传输出去
发生裂变反应时，会产生一些有危 险的放射性物质，很厚的水泥防护 层可以防止射线辐射到外面
能量输出： 利用水或液态的金属钠等 流体在反应堆内外循环流 动，把反应堆内的热量传 输出去，用于发电
【解析】
作业
教科书88页“问题与练习”中的第3题、4题、5题
使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
3.链式反应的条件： ①有足够浓度的铀235。
防止杂质吸 收中子，影 响链式反应
②有足够的慢中子。
③铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。
1.原子弹：足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量。 铀-235 的临界质量约为 1 kg，质量超过1 kg则发生爆炸。
第6节 核裂变
1．核裂变 （1）核裂变：物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应 叫做裂变．
（2）核裂变的 过程演示图：
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。
（3）铀核裂变的一种反应方程：
→ U 235
92
+
1 0
n
141 56
控制棒
镉
吸收减速后的中子，控制反应速度
冷却剂
水或液态钠
把反应堆内的热量传输出去，用于发电， 同时也使反应堆冷却
防护层
金属套和钢筋混凝土 防止射线对人体及其他生物体的侵害
（3）核电站工作流程
工作原理： 核燃料裂变释放 能量，使反应区 温度升高
靠水和液态金属钠在反 应堆内外的循环流动， 把产生的热量传输出去
发生裂变反应时，会产生一些有危 险的放射性物质，很厚的水泥防护 层可以防止射线辐射到外面
能量输出： 利用水或液态的金属钠等 流体在反应堆内外循环流 动，把反应堆内的热量传 输出去，用于发电
重核裂变与轻核聚变ppt课件
谢谢您的聆听
THANKS
环境污染与气候变化
传统能源的大量使用导致严重的环境 污染和气候变化问题，迫切需要寻找 清洁、高效的能源解决方案。
重核裂变在能源领域的应用
核裂变反应堆
利用重核裂变反应产生大量热能， 通过热交换器将热能转化为电能，
实现核能发电。
核燃料循环
包括铀矿开采、铀浓缩、燃料元件 制造、反应堆运行和乏燃料处理等 环节，构成完整的核燃料循环体系。
轻核聚变研究
系统研究了轻核聚变的反应条件、 反应过程以及能量输出等，揭示 了轻核聚变在能源领域的巨大潜 力，为可控核聚变技术的发展奠 定了基础。
裂变与聚变比较
对比分析了重核裂变和轻核聚变 的优缺点，探讨了二者在能源利 用、环境保护等方面的差异，为 核能技术的选择提供了参考。
未来展望
深入研究重核裂变与轻核聚变的反应机制
放射性药物研发
重核裂变产生的放射性同 位素可用于研发放射性药 物，这些药物可用于治疗 癌症等疾病。
辐射防护和治疗
重核裂变产生的辐射可用 于辐射防护和治疗，如利 用辐射杀死癌细胞等。
轻核聚变在医学领域的应用
中子源
01
轻核聚变产生的中子可用作中子源，用于中子俘获治疗、中子
活化分析等医学应用。
放射性同位素生产
轻核聚变应用
未来能源解决方案之一。通过模拟太阳内部的聚变反应，实现清洁能源的生产和利 用。如热核聚变反应堆等。
04
重核裂变与轻核聚变在能源领域的应用
能源领域现状
能源需求持续增长
随着全球人口增长和经济发展，能源 需求不断攀升，对传统能源和可再生 能源的需求均呈现上升趋势。
能源转型与技术创新
全球范围内正在经历能源转型，发展 可再生能源和低碳技术，以应对能源 和环境挑战。
核裂变ppt课件
核能发电的优势与挑战
核能发电具有稳定供电、减少温室气体排放等优势，但也存在核安 全、核废料处理等挑战，需要不断加强技术研发和管理。
核武器
核武器的制造与原理
01
核武器利用核裂变产生巨大的能量和破坏力，其制造需要高度
保密和严格控制，以避免被用于战争或恐怖活动。
核武器的影响与后果
02
核武器的使用将造成毁灭性的破坏和人员伤亡，对人类社会和
核裂变的研究和应用对现代社会产生 了深远的影响，包括核能发电、医疗 、军事等领域。
这一发现导致了第二次世界大战期间 原子弹的发明和核能的开发利用。
02
核裂变的过程
核裂变的启动
中子轰击
需要一个中子来启动核裂变过程 。中子撞击重原子核，如铀-235 ，引发裂变。
原子分裂
当一个中子撞击铀-235原子核时 ，它会分裂成两个较轻的原子核 ，同时释放出能量和更多的中子 。
3
核医学与放射性治疗的注意事项
在应用核医学和放射性治疗时，需要严格控制剂 量和安全性，避免对正常组织和器官造成损伤。
04
核裂变的挑战与安全问题
核废料的处理与储存
核废料处理
核裂变过程中产生的废料含有放射性物质，需要妥善处理和储存，以避免对环 境和人类健康造成危害。
长期储存
核废料需要长期储存，管理成本高且存在潜在的安全风险，如储存设施的安全 和维护问题。
核裂变的原理
当一个重原子核受到中子的轰 击时，它会吸收中子并变成一 个更重的原子核。
这个更重的原子核不稳定，它 会分裂成两个或多个较轻的原 子核，同时释放出能量和中子 。
这个过程是链式反应的基础， 可以释放出大量的能量，用于 核能发电和核武器制造等。
核裂变的发现与历史
核能发电具有稳定供电、减少温室气体排放等优势，但也存在核安 全、核废料处理等挑战，需要不断加强技术研发和管理。
核武器
核武器的制造与原理
01
核武器利用核裂变产生巨大的能量和破坏力，其制造需要高度
保密和严格控制，以避免被用于战争或恐怖活动。
核武器的影响与后果
02
核武器的使用将造成毁灭性的破坏和人员伤亡，对人类社会和
核裂变的研究和应用对现代社会产生 了深远的影响，包括核能发电、医疗 、军事等领域。
这一发现导致了第二次世界大战期间 原子弹的发明和核能的开发利用。
02
核裂变的过程
核裂变的启动
中子轰击
需要一个中子来启动核裂变过程 。中子撞击重原子核，如铀-235 ，引发裂变。
原子分裂
当一个中子撞击铀-235原子核时 ，它会分裂成两个较轻的原子核 ，同时释放出能量和更多的中子 。
3
核医学与放射性治疗的注意事项
在应用核医学和放射性治疗时，需要严格控制剂 量和安全性，避免对正常组织和器官造成损伤。
04
核裂变的挑战与安全问题
核废料的处理与储存
核废料处理
核裂变过程中产生的废料含有放射性物质，需要妥善处理和储存，以避免对环 境和人类健康造成危害。
长期储存
核废料需要长期储存，管理成本高且存在潜在的安全风险，如储存设施的安全 和维护问题。
核裂变的原理
当一个重原子核受到中子的轰 击时，它会吸收中子并变成一 个更重的原子核。
这个更重的原子核不稳定，它 会分裂成两个或多个较轻的原 子核，同时释放出能量和中子 。
这个过程是链式反应的基础， 可以释放出大量的能量，用于 核能发电和核武器制造等。
核裂变的发现与历史
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ΔE = Δmc2 = 0.01884 ×931.5MeV
= 17.59MeV
20
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
17.6 = 3.52MeV 2+3
是铀裂变（
201 235 + 1
=
0.852MeV）的约4倍。
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
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。
7
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。
8
（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。
素的 元 种 35
200 多种 同 位素
爆 炸
发生链式反应
9
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．
控制棒：镉棒，用于吸收中子， 控制核反应的快慢。
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。
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17
核子平 均质量
D E
合成
F
O
Fe
原子序数
18
一、核聚变
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。
人教版选修3-5
第十九章 原子核
第六节 核裂变
1
核反应
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
电子
2
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
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原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
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二、核电站
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。
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二、核电站——慢中子反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 减速剂
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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
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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
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。
3、实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度；
聚变反应又叫 热核反应
几百万开尔文高温
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核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
普通炸药 爆炸
铀235 外壳
3
核子平均质量
D E
F
O
Fe
平均结合能
F
CB
C B
A Z
E
A
D
O
Fe
z
核子的平均结合能随质量数的变化
4
一.核裂变
1.核裂变 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．
5
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。
2 1
H
+
3 1
H
4 2
Heቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+
01n
19
计算下面核聚变放出的能量:
2 1
H
+
3 1
H
4 2
He
+
01n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
Δm = mD + mT - (mα + mn )= 0.018884u
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
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二、受控热核反应——核聚变的利用
1.聚变与裂变相比的优点：
（1）轻核聚变产能效率高
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子释放的能量约为1MeV。 （2）地球上聚变燃料的储量丰富
（2）裂变产物 多种多样
235 92
U
+
1 0
n
→15461Ba
+
92 36
Kr
+ 310
n
235 92
U
01n15349Xe
3985Sr
201 n
U 235
92
+
1 0
n
136 54
Xe
+
90 38
Sr
+
10
1 0
n
6
链式反应
（1）定义：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．
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。
（3）轻核聚变更安全、清洁
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。
（4）反应中放射物质的处理较容易
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27。
原
子 Ｕ235 裂变
弹
氘、氚等热 核燃料
氘、氚 聚变
引爆装置
2 1
H
+
3 1
H
4 2
He
+
1 0
n
23
世界第一颗氢弹——麦克
24
氢弹爆炸形成的磨姑云
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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。太阳每秒释放 的能量约为3.8×1026 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７亿吨原子核参 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！
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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。
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原子弹
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% ．