反应堆控制原理(课堂PPT)
核裂变与核聚变 课件-高二物理人教版(2019)选择性必修第三册
第4节核裂变与核聚变
学习目标
1.知道重核的裂变和链式反应 2.会计算核裂变释放的能量 3.了解原子弹的原理 4.知道聚变反应的特点 5.了解聚变反应的条件
新知探究
知识点 1 核裂变
1．定义：核物理中，把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，叫核裂变。
新知探究
故选D。
答案：D
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制 棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些， 吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度， 就能控制核反应的剧烈程度．
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态 钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动 蒸汽机，使发电机发电． 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．
知识点 1 核裂变
2．铀核的典型裂变方程 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
新知探究
知识点 1 核裂变
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．
新知探究
知识点 1 核裂变
Kr
3
1 0
n
是核裂变反应，该反应吸收能量
C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，
用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温
第2节 核裂变和裂变反应堆
损失的能量
E mc2 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核；
不经 济
２、把原子核加热到很高的温度；
106～108K
聚变反应又叫热核反应
裂变 和 聚变
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
吸收能 量
核
反
应
核子结合成原子核
放出能 量
使较重的核分裂成中等大小的 核
把较小的核合并成中等大小的 核
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．把轻核结合成质 量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变．
2.裂变
原子核(原子量M＞200)受到中子的轰击分裂成 两个或两个以上中等质量原子核的现象，称为核的 裂变．
裂变方程：
235 92
U01n15349Xe3985Sr
201
n
200MeV
235 92
U01n15461
Ba9326
Kr301
n
200MeV
铀核的裂变
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。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：
二.链式反应
原子核发生裂变时放出中子，如果这些 中子使裂变反应不断地进行下去，这种反应 叫链式反应。
链式反应
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继 续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
人教版高中物理选修三《核裂变与核聚变》ppt课件(1)
新知讲解
一、核裂变的发现
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
新知讲解
一、核裂变的发现
核袭击的防护
1.核爆炸瞬时效应防护
（1）利用工事进行掩蔽。
（2）在开阔地面上的人员，发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减
轻伤害。
2.放射性沾染防护
（1）避开在沾染区或高照射量率的地区行动。
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
课堂练习
3．关于核聚变，以下说法正确的是（ A ）
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－10 m以内，
氦核的质量：mα=4.002603u ∆ = .
中子的质量：mn=1.008665u
新知讲解
三、核聚变
2.发生聚变的条件：使原子核间的距离达到10-15m。
（原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）
实现的方法有：
1.用加速器加速原子核； （不经济）
2.把原子核加热到很高的温度
（108～109K）；
“全新的核反应”图像：
“可以想象，当重核被中子轰击时，该核可能
分裂成几大块，这些裂片无疑将是已知元素的同位
素，而不是被辐照元素的近邻。”
然而，诺达克的论文没有得到重视。
新知讲解
一、核裂变的发现
发现“超铀元
素”？
费米认为：石蜡或水中的质子与中子的
质量相近，放射源发射的中子与质子碰撞后，
速度大大减慢。中子速度低，被原子核俘获
反应堆原理
探秘核反应堆：物理学与工程的完美结合
核反应堆，即为核反应堆炉，是核能利用的关键部件。
在核反应
堆中，核材料被控制地放在反应堆芯区，核反应产生热量，然后通过
冷却剂中的热量转化成动力，最终产生电能。
接下来就让我们深入了
解一下核反应堆的原理和构造。
核反应堆中核反应链的研究是核反应堆的基础。
核反应是指核子
之间发生的能量转移或核素的转变，其反应链包括核裂变和核聚变两
种方式。
核裂变是指重核被撞击后分裂成两个相对较小的原子核，在
这个过程中释放出大量的热能；而核聚变是指轻核通过相撞的方式合
并成重核，也会释放大量热能。
因此，核反应堆中使用的核材料包括
铀或钚等重核和氢氦等轻核。
反应堆芯区是核反应堆最重要的部分，由燃料棒和冷却剂组成。
燃料棒用于装载放置核燃料，通常采用钢和铜合金制作。
而冷却剂则
是用于吸收热量转化为动力的介质，一般包括水、氦气和液态金属等。
核反应堆的控制和调节是非常关键的，一旦掌控不好，就会出现
核燃料爆炸等严重后果。
核反应堆中的控制棒使用高密度的降温材料
制作，其作用类似于汽车刹车。
当需要调节反应堆热量时，控制棒被
插入到燃料棒中，减慢核反应的速度；而当需要增加反应堆热量时，
控制棒则被完全拔出。
随着科技的不断发展，新型的核反应堆也在不断涌现。
例如，钍
盐核反应堆是一种采用液态核燃料的新型反应堆，具有更高的热效率、
更高的安全性和更小的核废料量。
同时，核能的高效利用也是我们不断探索和发展的方向。
控制棒PPT
• 停堆棒组提供了额外的负反应性来建立足 够的停堆裕量。停堆裕量是指热停堆工况 下、RCCA落棒动作、假设反应性价值最大 的一束控制棒卡在全部抽出位置、氙毒和 硼浓度都没有变化时堆芯的次临界度。由 于吸收体的燃耗造成的控制棒价值损失是 可忽视的。
• 3.3.4 主要设备描述
1 控制棒驱动机构的结构 (1)承压壳体 承压壳体由销爪外壳和棒行程罩两部分构成（如 图），通过螺纹密封焊相连，以便于销爪组件的 检修。棒行程罩的上封头是一个坚固的、一体化 部件，通过与一体化顶盖相连来提供地震支撑。 销爪外壳是承压壳体的下部构件，内部安装销爪 组件。销爪外壳与CRDM接管在生产厂家内通过 双金属焊相连接；而接管通过冷缩配合和局部透 焊与压力容器上封头相连接。棒行程外壳是 CRDM压力外壳上部构件，能够在提升控制棒时 给驱动杆提供移动空间。
3非安全相关的纵深防御功能 无
4 与执照许可相关的其他功能 无
3.3.2 设计基准
1 安全相关设计基准 • CRDM的壳体提供了一个高度一体化的压 力边界，用以包容一回路冷却剂以及溶于 冷却剂或出现在压力容器上封头内部的燃 料裂变产物，承压壳体属于一回路冷却剂 压力边界的一部分。 • CRDM的设计使其在反应堆冷却剂的压力 和温度以及预期的安全壳内部环境之下运 行仍然能够维持自身的功能和结构的完整 性。
• 控制棒安装于控制棒束组件(RCCA)和灰棒 控制组件（GRCA）下面。RCCA由24根吸 收体棒组成，顶部端塞固定到一个公共连 接件（星型架）上，用来控制相对较快的 反应性变化和轴向功率分布。同样的， GRCA由24根顶部端塞固定到星型架上的 细棒组成，用于负荷跟踪。这些控制组件 提供了一种机械补偿(MSHIM)策略，能减 少反应堆冷却剂系统的调硼操作。控制棒 束组件和灰棒束组件由堆内导向机构支撑。 RCCA和 GRCA的末端与燃料组件的导向 管相接触。
第二章 核电站工作原理与系统
幻灯片1第二章核电站工作原理及系统组成余廷芳幻灯片2一、核电站工作原理●1、什么叫核电站？●核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。
反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。
将原子核裂变释放的核能转换成热能，再转变为电能的系统和设施，通常称为核电站。
幻灯片3一、核电站工作原理●2、核电站工作原理核电厂用的燃料是铀。
用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。
核电站工作流程原理1；图2幻灯片4二、核电站类型●目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。
但用的最广泛的是压水反应堆。
压水反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂，它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。
●压水堆核电站占全世界核电总容量的60%以上。
幻灯片5二、核电站类型●1、压水堆核电站●----------------以压水堆为热源的核电站。
图●它主要由核岛和常规岛组成。
●压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。
在核岛中的系统设备主要有压水堆本体，一回路系统，以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。
常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统，其形式与常规火电厂类似。
幻灯片6二、核电站类型●2、沸水堆核电站●--------------------以沸水堆为热源的核电站。
图●沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。
●沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。
它们都需使用低富集铀作燃料。
沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）；蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。
幻灯片7二、核电站类型●3、重水堆核电站图●以重水堆为热源的核电站。
核聚变--优质获奖精品课件 (5)
答案:×
-8-
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(3)要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功。 (
)
解析:轻核聚变时,要使轻核之间距离达到10-15 m,所以必须克服
库仑斥力做功。
答案:√
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探究二
知识归纳
1.聚变发生的条件
要使轻核聚变,必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15 m,这要
克服电荷间强大的斥力作用,要求使轻核具有足够大的动能,有一
种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温。
2.轻核聚变是放能反应
光子、中间玻色
胶子分别传递电磁、
子、胶子
弱、强相互作用
质量亏损不是核子个数的减少,核反应中核子个数
是不变的。
-20-
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探究二
典例剖析
【例题2】 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦
核同时放出两个正电子的热核反应,这个核反应释放出的大量能量
(2)恒星的演化
①恒星的形成:大爆炸后,在万有引力作用下形成星云团,进一步
凝聚使引力势能转变为内能,温度升高,直到发光,于是恒星诞生了。
高中物理(新人教版)选择性必修3：核裂变与核聚变【精品课件】
核聚变，B错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能
量，根据E＝mc2可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，
C错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质
量减少，核子的比结合能增加，D正确。
1个U235发生裂变亏损质量：
Δm = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn)= 0.3578×10－27kg
1个U235发生裂变释放的能量：ΔE= ∆ = ∆ × . =200.55MeV
1kg铀中含有的铀核数为：
N
1000
1000
NA
6.02 10 23 2.562 10 24
【例题4】一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一
个γ光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量
为h，真空中的光速为c。下列说法中正确的是（ A ）
A.这个反应的核反应方程是 21H＋31H→42He＋10n＋γ
B.这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应
2
1
H 21 H 31 H 11 H
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用。由于
原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也就是说，
原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动
能而发生核聚变呢？
⑴用加速器加速原子核
利用磁场来约束参加反应的物质。
托卡马克装置
中国科学院的环流器装置
⑵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