NuclearFission(双语教学课件)

1、Nuclear Force and Binding EnergyNuclear FissionTeacherTeacher：DarrenDarren电子电子原原子子核核质子（质子（proton）带正电带正电中子（中子（neutron）不带电不带电原子数量级：原子数量级：1010m原子核数量级：原子核数量级：1014m 原子核为什么不原子核为什么不因为质子之间相互因为质子之间相互作用的电磁斥力而作用的电磁斥力而分裂？分裂？Four Fundamental Forces：lGravitation （gravity）FS FE FW FG核力约为电磁力的核力约为电磁力的100多倍。多倍。电磁力约为万

2、有引力的电磁力约为万有引力的1035倍倍lElectromagnetic forcelStrong interaction (nuclear force) 作用范围：作用范围：R1.51015mlWeak interaction 作用范围：作用范围：R1.01018mThe Nuclear Force 核力核力 The nuclear force, also called the strong force, acts between nucleons（核子）（核子） that are close together, as they are in a nucleus.Characteristic

3、s of nuclear force（核力的特点）（核力的特点）:lThe range of the strong force is short, only about the radius of a proton, 1.51015m. （核力是短程力）（核力是短程力）lIt is attractive and is of the same strength among nucleons. （核力是引力，与电荷无关）（核力是引力，与电荷无关）lThe nuclear force acts between nucleons that are only close together. It cal

4、ls the Saturation of Nuclear Force. （核力只作用于相邻的少数核子，具有（核力只作用于相邻的少数核子，具有饱和性饱和性）Stability of the nucleus稳定曲线稳定曲线ABCA: Light nucleus：have about equal numbers of protons and neutrons. Nuclear force is greater than the electromagnetic force ，the nucleus is stable.B: Medium-quality nucleus: neutron number

5、is greater than the number of protons. By increasing the number of neutrons to increase the nuclear force , and thus maintain a stable nucleus .C: Heavy nucleus: continue to increase the number of neutrons , nuclear force disappeared, and the nuclear is unstable. （radioactive decay）Binding Energy 结合

6、能结合能Energy Equivalent of Mass： E=mc2 （Mass-Energy Equation 质能方程质能方程 ） The energy contained in matter is equal to the mass times the square of the speed of light in a vacuum. （包含在物质里的能量等于质量乘以真（包含在物质里的能量等于质量乘以真空中的光速的平方。）空中的光速的平方。） Einstein showed that mass and energy are equivalent, so the binding ene

7、rgy can be expressed in the form of an equivalent amount of mass, according to the following equation. 按人的体重按人的体重60kg计算，人的潜能有多大？计算，人的潜能有多大？ 60kg的人具有的能量为的人具有的能量为5401016J ，约合，约合3.381037 MeV，约合约合1.651015 t碳完全燃烧碳完全燃烧时释放出来的能量时释放出来的能量！约合约合6108 t 的铀的铀235裂变时释放的能量裂变时释放的能量。 The difference between the sum of t

8、he masses of the individual nucleons and the actual mass is called the mass defect.Mass Defect and Binding Energy 质量亏损与结合能质量亏损与结合能中子质量：中子质量： mn=1.67491027kg质子的质量：质子的质量： mp=1.67261027kg氘核的质量：氘核的质量： mD=3.34361027kg单个质子与中子的质量之和：单个质子与中子的质量之和：这个数值与氘核的质量只差：这个数值与氘核的质量只差： mnmp=3.34751027kg（ mnmp）mD=0.003910

9、27kgHow about the energy? Energy defect?考虑：考虑： 如果将中子和质子结合，形成氘如果将中子和质子结合，形成氘核。则核反应前后质量怎么变化？核。则核反应前后质量怎么变化？能量怎么变化？能量怎么变化？Mass Defect and Binding Energy 质量亏损与结合能质量亏损与结合能 m=（ mnmp）mD=0.00391027kg =3.511013J与这个质量差相对应的能量为：与这个质量差相对应的能量为： E= mc2=0.00391027（ 3.00108 )2J =2.19MeV E=（ EnEp）ED Thus, the assembl

10、ed nucleus has less energy than the separate protons and neutrons that make if up. So if we want to get protons and neutrons again, the extra energy ( the E)should be given. The given energy is the binding energy of the nucleus.0释放能量释放能量56FeSpecific Binding Energy 比结合能比结合能 将将结合能结合能与与核子数核子数的的比值比值叫做叫做

11、比结合能比结合能。也叫也叫平均结合能平均结合能（average binding energy）。 比结合能越比结合能越大，原子核中核大，原子核中核子结合得越牢固，子结合得越牢固，原子核越稳定。原子核越稳定。 猜想：轻核聚猜想：轻核聚变和重核裂变释变和重核裂变释放的能量哪一种放的能量哪一种更大？更大？ Fission occurs when a nucleus is divided into two or more fragments, releasing neutrons and energy. HH21n3KBnU108936144561023592raCharacteristics of

12、Nuclear Fission: 裂变的裂变的产物是多种多样产物是多种多样的的, ,一种典型的铀核裂变的产物一种典型的铀核裂变的产物是钡和氪同时放出是钡和氪同时放出3 3个中子个中子, ,核反应方程如下核反应方程如下: :2. 质量数守恒：裂变前后质量数不变。质量数守恒：裂变前后质量数不变。（235+1=144+89+3）3. 质量守恒：质量守恒：重核裂变虽然会产生质量亏损，重核裂变虽然会产生质量亏损，但亏但亏损不等于消失损不等于消失，亏损的质量变成光子的动质量，以，亏损的质量变成光子的动质量，以能量的形式释放出来。能量的形式释放出来。1. 重核分裂成多个中等大小核，同时释放中子和能量；重核分

13、裂成多个中等大小核，同时释放中子和能量；Chain Reaction 链式反应链式反应 This continual process of repeated fission reactions caused by the release of neutrons from previous fission reactions is called a chain reaction （链式反应）（链式反应）. 铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。通常把裂铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积临界体积Critical volume Critical volume ，相应的质量叫做，相应的质量叫做临界质量临界质量Critical Mass Critical Mass 。Nuclear Reactor 核反应堆核反应堆水泥防护层水泥防护层控制棒控制棒镉棒