高中物理 第四章 核能 4.4 核能的利用与环境保护 核反应素材 鲁科版选修35.ppt

核反应核能的利用 考点一核反应方程 基础梳理 1 核反应 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 2 核反应的类型 衰变 原子核的人工转变 重核的裂变 轻核的聚变 疑难详析 1 核反应过程一般都不是可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 而不能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能凭空只依两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程 3 核反应过程遵循质量数守恒而不是质量守恒 核反应的前后的总质量一般会发生变化 质量亏损 且释放出核能 4 当放射性物质发生连续衰变时 原子核中有的发生衰变 有的不发生衰变 同时伴随着 辐射 考点二核力核能 基础梳理 1 核力 核子之间的相互作用力叫核力 它是短程力 2 结合能 由于原子核之间存在着强大的核力 要把原子核拆散成核子 需要克服核力做功 即要提供一定的能量 反过来 根据能量转化与守恒定律可知 核子在结合成原子核时要放出一定的能量 这个能量称为结合能 3 质量亏损 核子在结合成原子核的过程中质量减少了称为质量亏损 疑难详析 1 核力的特点 1 核力是强相互作用的一种表现 在它作用范围内 核力比库仑力大得多 2 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 核力在大于0 8 10 15m时表现为引力 且随距离增大而减小 超过1 5 10 15m时核力急剧下降几乎消失 在距离小于0 8 10 15m时表现为斥力 因此核子不会融合在一起 3 每个核子只跟相邻核子发生核力作用 饱和性 4 原子核中质子与中子的比例受核力与电磁的作用而呈现一定的规律性 2 为什么中等质量的原子核比较稳定原子核的结合能与核子数之比叫做比结合能 也叫平均结合能 它反映了一个原子核结合的紧密程度与牢固程度 平均结合能越大原子核越稳定 不同原子的比结合能不一样 中等大小的原子核的比结合能较大 因此这些原子核较稳定 深化拓展 核反应中的质量亏损与质量守恒矛盾吗质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下 根据爱因斯坦的质能方程 系统能量减少 质量自然就减少了 当系统的质量减少 m时 系统的能量就减少了 e 减少的能量向外辐射出去了 减少的质量转化为光子的质量 减少的能量转化为光子的能量 考点三裂变与聚变 基础梳理 1 裂变 1 核裂变 质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程称为核裂变 2 核裂变的特点 裂变过程中能够放出巨大的能量 裂变的同时能够放出2 3 或更多 个中子 裂变的产物不是惟一的 对于铀核裂变有二分裂 三分裂和四分裂形式 但三分裂和四分裂概率比较小 3 典型的分裂方程 4 链式反应 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 链式反应的条件是达到临界体积 临界质量 此外还需要减少裂变反应物质中的杂质 5 裂变反应堆 又称核反应堆 简称反应堆 反应堆主要由以下几部分组成 核燃料 减速剂 控制棒 冷却剂 反射层 2 聚变 1 核聚变 某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做核聚变 2 核聚变特点 聚变过程放出大量的能量 平均每个核子放出的能量 比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍 聚变反应比裂变反应更剧烈 对环境污染较少 自然界中聚变反应原料丰富 3 典型的聚变方程 4 热核反应 聚变反应需要轻核间距离在10 15m内才能发生 因此聚变反应要求在超高温下才能发生 因此 聚变反应也叫做热核反应 5 受控热核反应 利用人工的方法控制热核反应称为可控热核反应 目前应用较多是磁约束与惯性约束 6 太阳内部的热核反应 太阳辐射能量来自太阳内部的热核反应 深化拓展 1 热核反应在宇宙中是很普遍的 太阳内部和许多恒星内部 温度高达107k以上 热核反应在那里激烈地进行着 太阳每秒钟辐射出来的能量约为3 8 1026j 就是热核反应产生的 地球只接收了其中的二十二亿分之一 就使地面温暖 万物生长 但是目前除了氢弹以外 人们还不能控制聚变反应 所以还无法和平利用聚变时释放的核能 2 热核反应和裂变反应相比 具有许多优越性 首先 热核反应释放的能量 就相同质量的核燃料来讲 比裂变反应大 再有 裂变时产生放射性物质 处理起来比较困难 热核反应在这方面的问题要简单得多 第三 热核反应所用的燃料 氘 在地球上的储量非常丰富 1l海水中大约有0 038g氘 如果用来进行热核反应 放出的能量和燃烧300l汽油相当 因此 海水中的氘就是异常丰富的能源 有关核反应方程的题型主要有 1 判断核反应的生成物 2 判断反应类型 3 判断反应是否成立 核能的计算方法 1 根据爱因斯坦质能方程 e mc2 m的单位 kg 2 1原子质量单位 u 相当于931 5兆电子伏能量 则 e m 931 5mev m的单位 u 1u 1 660566 10 27kg 热核反应是通过加热使轻核获得较大能量