四、裂变和聚变.ppt

裂变和聚变 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 核子平均质量 核子的平均质量与原子序数之间的关系 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 释放出核能的反映叫做聚变 一 核聚变 聚变 裂变 一 核裂变 重核在其它粒子的轰击下分裂成中等质量原子核的核反应 1938年底 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 重核裂变演示 裂变的特点 1 裂变过程中能放出巨大的能量 200MeV 2 裂变的同时能放出2到3个 或更多 中子 3 裂变的产物不是唯一的 放出能量 在上述裂变中 裂变后的总质量小于裂变前的总质量 质量亏损 释放出的能量为 1kg铀全部裂变 它放出的能量超过2800t优质煤完全燃烧时释放的能量 放出中子 一般来说 一个铀核裂变要放出2 3个中子 这些中子又会引起新的裂变 释放更多的能量 产物不唯一 我国科学家钱三强 何泽慧夫妇于1947年在实验中观察到铀核也可能分裂为三部分或者四部分 其概率大约是分裂为两部分的概率的千分之三 核裂变的链式反应 当一个中子引起一个铀核裂变后 裂变释放的中子再引起其他铀核裂变 且能不断继续下去 重核裂变演示 链式反应 链式反应的条件 以下条件满足一个即可 1 裂变物质的体积大于临界体积 2 裂变物质的质量大于临界质量 原子核的体积非常小 原子内部的空隙很大 如果铀块不够大 中子在铀块通过时 就有可能碰不到铀核而跑到铀块外面去 链式反应不能继续 只有当铀块足够大时 裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核 使链式反应继续进行下去 能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积 相应的质量叫做临界质量 重核的裂变能够自发的进行吗 原子弹 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 年 月 日我国第一颗原子弹爆炸成功 内爆式原子弹 枪式原子弹 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 倒塌的钢架结构建筑物 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 伤亡共86000人 占全市37 二 核电站 是利用可控链式反应释放出能量发电 核心设备是核反应堆 反应堆 核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置 反应堆示意图 慢化剂 铀235容易捕获慢中子发生反应 采用石墨 重水或普通水作慢化剂 燃料 铀棒 控制棒 镉吸收中子 核能的和平利用 核电站 思考 在电站工作过程中 能是如何转化的 核能 内能 机械能 电能 核电站的特点 1 消耗的 燃料 少核电站只需消耗很少的核燃料 就能产生大量的电能 例如一座100万千瓦的火力发电厂每年要耗煤三 四百万吨 而相同功率的核电站每年只需核燃料三 四十吨 这就大大减少了燃料的运输 2 成本低虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂得多 但是最后核算下来的成本仍然要比火力发电站低20 以上 所以世界上很多国家都在大力发展核电站 到1989年 全世界运行中的核电站已有434座 总装机容量约32000万千瓦 发电量占全世界总发电量的17 预计到21世纪 核能发电将达到世界总发电量的30 以上 核能将成为21世纪的主要能源之一 秦山核电站 我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运行的 我国自行设计研制 建造的秦山核电站已经运行发电了 1轻核的聚变 热核反应 某些轻核能够结合在一起 生成一个较大的原子核 这种核反应叫做聚变 轻核的聚变 根据所给数据 计算下面核反应放出的能量 氘核的质量 mD 2 014102u氚核的质量 mT 3 016050u 氦核的质量 m 4 002603u中子的质量 mn 1 008665u 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 把原子核加热到很高的温度 108 109K 聚变反应又叫热核反应 核聚变的利用 氢弹 三种炸药 普通炸药 235 氘 氚 爆炸 裂变 聚变 氢弹爆炸形成的磨姑云 热核反应和裂变反应相比较 具有许多优越性 二 可控热核反应 核聚变的利用 可控热核反应将为人类提供巨大的能源 和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题 我国的可控核聚变装置 中国环流器1号 已取得不少研究成果 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 2 难点 地球上没有任何容器能够经受如此高的