19.6.7---核裂变--核聚变ppt课件

1、11核裂变核裂变 核聚变核聚变2核核反反应应吸收能量吸收能量放出能量核子结合成原子核核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核有些重核分裂成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核3OZABCDEFFe核子平均质量核子平均质量OFe平均结合能平均结合能DEFABCz4 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一一.核裂变核裂变1.核裂变核裂变5（1 1）19381938年底，德国化学家哈恩和斯特拉斯用中子轰击铀核时发现了核年底，德国化学家哈恩和斯特拉斯用中子轰击铀核时发现了核裂变裂变 重

2、核的裂变重核的裂变即：一个重核分裂成了两个中等质量的核。即：一个重核分裂成了两个中等质量的核。 6（2）裂变产物）裂变产物多种多样多种多样U23592n10+Ba14156Kr9236+n310n2nU105983391451023592 SrXe 235113690192054380U+ nXe+Sr+10 n 7;-27Um = 390.313910kg-27nm = 1.674910kg;-27Bam=234.0016 10kg-27krm= 152.604710kg 235114192192056360U +nBa +Kr + 3 n 2E = mc= 201MeV8 1kg 1kg铀

3、全部裂变，它铀全部裂变，它放出的能量超过放出的能量超过20002000t t优质煤完全燃烧时释放优质煤完全燃烧时释放的能量的能量3 3、我国物理学家钱三强，何泽慧夫妇、我国物理学家钱三强，何泽慧夫妇19461946年在巴黎发现了铀的三分裂和四分年在巴黎发现了铀的三分裂和四分裂裂 。93 3、链式反应、链式反应10链式反应模拟演示链式反应模拟演示2 211发生链式反应发生链式反应爆爆炸炸 124 4、原子弹原理、原子弹原理 13 原子弹装药重原子弹装药重6.16.1千克，千克，TNTTNT当量当量1.81.8万吨，试验中产生了上千万度的高温和数万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致

4、使一座百亿个大气压，致使一座3030米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑的弹坑 在半径为在半径为400400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为16001600米的范围内，所有的动植物全部死亡米的范围内，所有的动植物全部死亡 “原子弹之父原子弹之父” ” 奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉我是漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千

5、个太阳，才能与其争辉我是死神，我是世界的毁灭者死神，我是世界的毁灭者”14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 15中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图161718 核电站工作过程核电站工作过程能量的转化能量的转化: :核能核能内能内能机械能机械能电能电能19.202 2、核能利用：、核能利用： 核电站消耗的核电站消耗的“燃料燃料”很少。一座一百万千瓦的核电站，每年只消耗很少。一座一百万千瓦的核电站，每年只消耗3030吨吨浓缩油，而同样功率的火力发电站，每年却要消耗浓缩油，而同样功率的火力发电站，每年却要

6、消耗250250万吨煤万吨煤 。目前，核能发电。目前，核能发电的经济效益跟火电站大体相同。到的经济效益跟火电站大体相同。到2020世纪末，核发电已占世界发电总量的世纪末，核发电已占世界发电总量的30%30%。 把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制造核动力潜艇、核动力破冰船把反应堆小型化，可以使核能作为动力，制造核动力潜艇、核动力破冰船和核动力航空母舰，在某些动力装置上也有利用的可能。和核动力航空母舰，在某些动力装置上也有利用的可能。 核反应堆不仅可以提供强大的核能，而且它产生的大量中子还可以用来进核反应堆不仅可以提供强大的核能，而且它产生的大量中子还可以用来进行各种原子核物理实验，制造各种反

7、射性同位素。行各种原子核物理实验，制造各种反射性同位素。 21世界核能发电占全部电量世界核能发电占全部电量1/41/4 22核反应堆的防护措施：核反应堆的防护措施：第一道屏障第一道屏障耐高温腐蚀的陶瓷体燃料芯块耐高温腐蚀的陶瓷体燃料芯块可以把可以把98%98%以上的裂变产物滞留在芯块内。以上的裂变产物滞留在芯块内。第二道屏障第二道屏障燃料元件包壳燃料元件包壳由优质的锆合金制成，具有良好的密封性。由优质的锆合金制成，具有良好的密封性。第三道屏障第三道屏障压力壳压力壳将燃料棒和一回路的水完全罩住，防止燃料元件包壳少量射线泄漏。将燃料棒和一回路的水完全罩住，防止燃料元件包壳少量射线泄漏。第四道屏障第

8、四道屏障安全壳安全壳由由1m多厚的钢筋混凝土制成，整个核反应堆都装在安全壳中。多厚的钢筋混凝土制成，整个核反应堆都装在安全壳中。23核电站放射性气态废物和液态废物的处理：核电站放射性气态废物和液态废物的处理：采取贮存衰变等方法进行稀释，再排放到指定的区域。采取贮存衰变等方法进行稀释，再排放到指定的区域。核电站固体废物的处理：核电站固体废物的处理：先在核电站内专用的废物库暂存，然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水先在核电站内专用的废物库暂存，然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水源的放置场永久贮存，一般要存放几百年。位低又远离天然水源的放置场永久贮存，一般要存放几百年。24 说明说明:

9、 :在天然铀中，主要有两种同位素，其中在天然铀中，主要有两种同位素，其中99.3%99.3%是铀是铀238238，0.7%0.7%是铀是铀235235。铀。铀235235俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的几率较大。俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的几率较大。铀铀238238只有俘获能量大于只有俘获能量大于1MeV1MeV的中子才可能发生裂变，并且几率很小。因此，为了使的中子才可能发生裂变，并且几率很小。因此，为了使裂变的链式反应容易发生，最好是利用纯铀裂变的链式反应容易发生，最好是利用纯铀235235。25262723411120H +

10、HHe+ n282 2、核反应方程、核反应方程: : HH3121+17.6Mev+17.6Mev 该反应平均每个核子放出的能量在该反应平均每个核子放出的能量在3Mev3Mev以上，聚变比裂变能放出更多的能以上，聚变比裂变能放出更多的能量。量。 nHe10423. 3.其它聚变：其它聚变：MeV4.22He2HLi422163MeV25.3nHeHH10322121MeV6.17nHeHH10422131MeV3.17He2HLi421173上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。29DTnm=m +m -(m +m )= 0.018884u2E = m

11、c=17.59MeV23411120H +HHe + n= 0.01884931.5MeV3017.6= 3.52+ 32MeV201235+1313223411120H + HHe+ n333435太阳是一个巨大的热核反应堆。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多恒星的内部温度高达10107 7 K K以上，因而在那里进行着以上，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阳每秒释放的能量约为3.83.81010

12、2626 J J，地球只接受了其，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧核燃烧”的过程中的过程中“体体重重”不断减轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，转不断减轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是化为能量的物质是400400万吨。科学家估计，太阳的这万吨。科学家估计，太阳的这种种“核燃烧核燃烧”还能维持还能维持9090亿亿 100100亿年。当然，与人类亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！历史相比，这个时间很长很长！ 太太阳阳的中心的中心发生发生核聚核聚变变，放出巨大能量，太放出巨大能量，太阳阳；这这个个天然的的核聚天然的的核聚变过程已变过程已

13、经发生经发生了好了好几几十十亿亿年年36（1 1）轻核聚变产能效率高）轻核聚变产能效率高1.1.聚变与裂变相比的优点：聚变与裂变相比的优点：（2 2）地球上聚变燃料的储量丰富）地球上聚变燃料的储量丰富（3 3）轻核聚变更安全、清洁）轻核聚变更安全、清洁（4 4）常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约3.3MeV3.3MeV，而，而裂变时平均每个核子释放的能量约为裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV1MeV。 1L海水中大约有海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油汽油,轻核轻核聚变是

14、能源危机的终结者。聚变是能源危机的终结者。 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。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。 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。的数量少，容易处理。 37磁约束磁约束 带电粒子运动时在均匀带电粒子运动时在均匀磁场中受洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能

15、磁场中受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。利用磁场来约束参加反应的物质。2.2.实现核聚变的难点：实现核聚变的难点：3839惯性约束惯性约束 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就完成了核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就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤挤”在一起发生反应。在一起发生反应。40 我国可控热核反应实验装置“中国环流一号”具有国际先进水平。4123He23 He【分析分析】算出核反应中的质量亏损

16、，利用爱因斯坦质能方程即可求出反应释放算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方程即可求出反应释放的核能。的核能。解答：解答： （1）nHeHH10322121（2 2）由题给条件可求得质量亏损为：）由题给条件可求得质量亏损为：m=2.01362(3.0150+1.0087)=0.0035u释放的核能为释放的核能为E=mc2 2=931.50.0035=3.26MeV42 静止在匀强磁场中的静止在匀强磁场中的 原子核，俘获一个速度为原子核，俘获一个速度为7.7104 m/s 的中子而的中子而发生核反应放出发生核反应放出粒子后变成一个新原子核，已知中子速度方向与磁场方向垂直，测粒子后变成一个新原子核，已知中子速度方向与磁场方向垂直，测得得粒子速度为：粒子速度为：2104m/s，方向与中子速度方向相同，求：，方向与中子速度方向相同，求：（1）生成的新核是什么？写出核反应方程式。）生成的新核是什么？写出核反应方程式。（2）生成的新核的速度大小和方向。）生成的新核的速度大小和方向。（3）若）若粒子与新核间相互作用不计，则二者在磁场中运动轨道半径之比及周期之粒子与新核间相互作用不计，则二者在磁场中运动轨道半径之比及周期之比各为多少？比各为多少？6 Li3解：解：（1）写出核反应方程式）写出核反应方程式HeHnLi42311063生成的新核是氚核生