高中物理 第4章 第5节 裂变和聚变课件 粤教版选修35.ppt

第五节裂变和聚变 第四章原子核 栏目链接 学习目标 1 知道什么是核裂变 2 知道链式反应 并能计算核裂变释放的核能 3 掌握核聚变的定义及发生条件 4 能计算核聚变释放的能量 栏目链接 核裂变与链式反应 1 铀核裂变是如何发生的 2 铀核裂变在自然界中能自发进行吗 提示 1 铀核的裂变 核子受激发 当中子进入铀235后 便形成了处于激发状态的复核 复核中由于核子的激烈运动 使核变成不规则的形状 栏目链接 核子分裂 核子间的距离增大 因而核力迅速减弱 使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块 同时放出2 3个中子 这些中子又引起其他铀核裂变 这样 裂变反应一代接一代继续下去 形成链式反应 2 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中 自然界不会自发地发生 铀核裂变不会自发地进行 要使铀核裂变 首先要利用中子轰击铀核 使铀核分裂 分裂产生更多的中子 这些中子继续与其他铀核发生反应 再引起新的裂变 这样就形成了链式反应 1 核裂变 1 概念 较重的一个核分裂成两个较轻的核时 会释放出能量 这种核反应叫做核裂变 2 铀核裂变分析 核子受激发 当中子进入铀235后 便形成了处于激发状态的复核 复核中由于核子的激烈运动 使核变成不规则的形状 核子分裂 核子间的距离增大 因而核力迅速减弱 使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块 同时放出2 3个中子 这些中子又引起其他铀核裂变 这样 裂变就会不断地进行下去 释放出越来越多的核能 栏目链接 能量 铀核裂变为中等质量的原子核 发生质量亏损 所以放出能量 一般说来 平均每个核子放出的能量约为1mev 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t优质煤燃烧时释放的能量 3 铀235和铀238的比较 在天然铀中 99 3 的是 0 7 的是 虽然中子都能引起这两种铀核发生裂变 但它们和中子作用的情况明显不同 俘获各种能量的中子都会发生裂变 且俘获低能量的中子发生裂变的概率大 栏目链接 只有在俘获的中子的能量大于1mev时才能发生核反应 且裂变的几率较小 对于低于1mev的中子只与铀核发生弹性碰撞 不能引起核反应 2 链式反应 1 定义 发生裂变时 为了让核裂变过程自己持续下去 源源不断地将核能释放出来 这样的核反应叫做链式反应 2 示意图 如图所示 栏目链接 3 链式反应发生的条件 1 铀块的体积大于临界体积 体积超过临界体积时 保证中子能够碰到铀核 2 有足够浓度的铀235 3 有足够数量的慢中子 4 注意 1 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中 自然界不会自发地产生 如铀核裂变不能自发地进行 要使铀核裂变 首先要利用中子轰击铀核 使铀核分裂 2 重核裂变反应速度很快 不加控制的话 能量在很短的瞬间急剧释放 如果采用其他方法对反应速度加以控制就可以和平地利用这种巨大的核能 核电站就是可控的链式反应 关于重核的裂变 下列说法正确的是 a 核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量b 重核裂变时释放出大量的能量 产生明显的质量亏损 所以核子数减少c 铀核自发放出 粒子 粒子时要释放能量 核电站利用的就是这一能量 栏目链接 d 重核的比结合能小于中等质量核的比结合能 所以重核裂变成中等质量核时 要放出核能 有质量亏损解析 核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能 原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能 但天然衰变进行得非常缓慢 放出的能量也很小 且人工无法控制 实用价值不大 原子核的人工转变也放出能量 但作为 炮弹 的粒子击中原子核的机会太少 这种做法得不偿失 所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径 比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量 或原子核拆解成单个核子时每个核子平均吸收的能量 重核的比结合能小于中等质量核的比结合能 即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些 可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量 选项d正确 铀核裂变放出的能量是原子核的核能 而不是中子具有的动能 选项a错误 裂变过程遵守质量数 电荷数守恒规律 b错误 衰变是自发的现象 铀核衰变后的新核仍是重核 而核电站利用的是裂变核能 选项c错误 答案 d方法总结 重核发生裂变的条件是 1 要俘获慢中子 2 铀块的体积要大于临界体积 重核裂变放能的原因是 重核核子的平均质量大于中等核核子的平均质量 课堂训练1 裂变反应中释放出的能量来自于 d a 核子消失转化为能量b 原子中电子与原子核的电势能减小c 入射的中子消失转化为能量d 原子核的平均结合能变大 释放出能量解析 发生核反应过程中 核子数保持守恒 中子未消失 故a c错误 能量来自于原子核内部 因重核在分裂为中等质量的原子核时 平均结合能增加而释放出能量 c错误 d正确 轻核聚合 人们获得核能的途径有哪些 提示 获得核能的主要途径 一是重核裂变 二是轻核聚变 1 核聚变 1 概念 两个轻核聚合成一个较重的核时 会释放出能量 这种核反应叫做核聚变 2 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 2 热核反应 1 概念 要使轻核聚变 就要求使轻核具有足够大的动能 给轻核加热到很高的温度 当物质达到几百万度以上的高温时 一部分原子核就具有足够的动能而发生聚变 因此核聚变又叫热核反应 2 热核反应的优点 与裂变相比 产生的能量大 反应后生成的放射性物质易处理 热核反应的燃料在地球上储量丰富 栏目链接 3 热核反应的两种方式 爆炸式热核反应 受控式热核反应 目前正处于探索 实验阶段 3 核聚变与核裂变的区别 1 原理不同 重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的原子核 放出能量 而聚变是几个轻核聚变 结合 成一个中等质量的原子核 放出巨大的能量 栏目链接 2 放出能量的大小不同 重核裂变时 平均每个核子释放的能量约为1兆电子伏 而轻核的聚变 平均每个核子释放出3兆电子伏以上的能量 即聚变比裂变能放出更多的能量 3 废料处理难度不同 裂变产生的废料处理起来比较困难 而热核反应的废料处理要简单得多 4 燃料 的丰富程度不同 热核反应所需要的 燃料 氘在地球上非常丰富 1升海水中大约有0 03克氘 如果用来进行热核反应 放出的能量约和燃烧300升汽油相当 而裂变燃料 铀在地球上储量有限 尤其是用于核裂变的铀235 在铀矿中仅占0 7 相比起来聚变的燃料 氘要丰富得多 我国是一个 贫铀 国家 贮藏量不多 栏目链接 5 两种反应的可控制性不同 裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制 因此 现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量 而聚变反应的可控制性比较困难 世界上许多国家都积极研究可控热核反应的理论和技术 以下说法正确的是 a 聚变是裂变的逆反应b 如果裂变释放能量 则聚变反应必定吸收能量c 聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温 显然是吸收能量d 裂变与聚变均可释放巨大的能量 栏目链接 解析 a选项从形式上看 裂变与聚变似乎是互为逆反应 但其实不然 因为二者的反应物和生成物完全不同 裂变是重核分裂成中等核 而聚变则是轻核聚合成为次轻核 无直接关联 并非互为逆反应 b选项既然裂变与聚变不是互为逆反应 则在能量流向上也不必相反 c选项要实现聚变反应 必须使参加反应的轻核充分接近 需要数百万开尔文的高温提供能量 但聚变反应一旦实现 所释放的能量远大于所吸收的能量 因此 总的来说 聚变反应还是释放能量 答案 d 课堂训练2 多选 据新华社报道 由我国自行设计 研制的世界第一套全超导核聚变实验装置 又称 人造太阳 已完成了首次工程调试 下列关于 人造太阳 的说法正确的