第六节重核裂变 (上课)

1、HnH111021HHn211110氘核氘核中子中子质子质子氘核氘核中子中子质子质子2.2MeV2.2MeV（ ）2.2MeV2.2MeV（ ） 爱因斯坦的相对论指出爱因斯坦的相对论指出, ,物体的能量荷质量之物体的能量荷质量之间存在着密切的联系间存在着密切的联系. .质能方程质能方程1.1.质量亏损质量亏损: :核反应前后的总质量之差核反应前后的总质量之差mm. .2.2.核反应中释放核能：核反应中释放核能：E Emmc c2 23.3.证明：证明：1u=931.51u=931.5MeVMeV4.4.核子在结合成原子核时，质量有亏损，要放出核子在结合成原子核时，质量有亏损，要放出能量。反之，

2、原子核分解成核子时要吸收能量。能量。反之，原子核分解成核子时要吸收能量。核反应的能量来源分析：核反应的能量来源分析：Emc2OZ核子平核子平均质量均质量核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系ADECBFe聚变聚变裂变裂变原子序数原子序数 原子核的质量虽然随着原子序数的增大而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：子的平均质量与原子序数有如图的关系：核子的平均质量：核子的平均质量：原子核的质量原子核的质量核子数核子数 物理学中把物理学中把重核重核分裂成质量较小

3、的核，释放核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做能的反应叫做裂变裂变 把把轻核轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做映叫做聚变聚变聚聚变变裂裂变变放放出出能能量量铀核裂变的产物是多种多样的，铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映一种典型的反映是裂是裂变为变为钡和氪钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：，同时放出三个中子，其核反应方程是：铀核的裂变铀核的裂变：铀铀钡钡氪氪裂变后的总质量裂变后的总质量小于小于裂变前的总质量裂变前的总质量. .释放出的能量：释放出的能量：MeV2012 mcE 1kg1kg铀全部裂变，它放出的能量超过铀全部裂变，它放

4、出的能量超过2000t2000t优质煤完全燃烧释放的能量优质煤完全燃烧释放的能量kg103578. 027m质量亏损质量亏损nKrBanU1092361415610235923n01SrXenU10903813654102359219381938年，德国物理学家年，德国物理学家哈恩哈恩和他的助手和他的助手斯特拉斯曼斯特拉斯曼发发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，也就是子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应链式反应铀核的铀核的裂变裂变:(3)(3)重核裂变的应用重核裂变的应用核核电电站站核心设施核心设施：核

5、反应堆核反应堆. .浓缩铀制成的铀棒浓缩铀制成的铀棒减速剂减速剂： 石墨、重水，用于减小中子的速度石墨、重水，用于减小中子的速度控制棒：控制棒：镉，用于吸收中子，控制核反应的快慢镉，用于吸收中子，控制核反应的快慢原子弹：原子弹：可控的核反应可控的核反应燃料棒燃料棒铀棒铀棒水泥防水泥防护层护层控制棒控制棒镉棒镉棒减速剂减速剂铀铀238铀铀235235大亚湾核电站大亚湾核电站秦山秦山核电站核电站核能核能-各大洲核能占比各大洲核能占比核能核能-解决能源危机的根本途径解决能源危机的根本途径 根据世界核能协会统计数据，根据世界核能协会统计数据，20162016年，美国、法国、年，美国、法国、中国、俄罗斯

6、和韩国的核能发电量分别为中国、俄罗斯和韩国的核能发电量分别为804.87TWh804.87TWh、386.45TWh386.45TWh、197.83TWh197.83TWh、184.05TWh184.05TWh和和154.31TWh154.31TWh，居全，居全球前五位，占球前五位，占20162016年全球核能发电量的年全球核能发电量的69.24%69.24%。从各国家核能发电量占比看，从各国家核能发电量占比看，法国核能发电量占比最法国核能发电量占比最高，达高，达72.3%72.3%，斯洛伐克、乌克兰、比利时和匈牙利排名，斯洛伐克、乌克兰、比利时和匈牙利排名2525位，而位，而中国仅为中国仅为

7、3.6%3.6%，排名全球第，排名全球第2525位位。 原子弹装药重原子弹装药重6.16.1千克，千克，TNTTNT当量当量2.22.2万吨，万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座气压，致使一座3030米高的铁塔被熔化为气体，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并在地面上形成一个巨大的弹坑 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米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为玻璃状物质，半径为16001600米的范围内，所有的动物全部米的范围内，所有的动物全部死亡死亡 “ “原子弹之父原子弹之

8、父” ” 奥本海默奥本海默在核爆观测站里感到十分在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉我是死神，圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉我是死神，我是世界的毁灭者我是世界的毁灭者”链式反应的应用链式反应的应用原子弹原子弹原子弹爆炸时的蘑菇云原子弹爆炸时的蘑菇云“小男孩小男孩”（前）和（前）和“胖子胖子”美国原子弹突袭美国原子弹突袭广岛广岛和和长崎长崎造成了巨大的毁伤造成了巨大的毁伤 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

9、、烟尘直冲云天，高达炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达1212英里多英里多 广岛市广岛市80%80%的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，6400064000人丧生，人丧生，7200072000人人受伤，伤亡总人数占全市总人口的受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%53% 长崎市长崎市60%60%的建筑物被摧毁，的建筑物被摧毁，伤亡伤亡8600086000人，占全市人，占全市37%37%原子弹原子弹:（）核爆炸瞬时效应防护。（）核爆炸瞬时效应防护。 对核袭击的防护大致可分为两大类。对核袭击的防护大致可分为两大类。 利用工事进行掩蔽利用工事进行掩蔽在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心在开阔地

10、面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。卧倒，可减轻伤害。（）放射性沾染防护。（）放射性沾染防护。 避开在沾染区或高照射量率的地区行动避开在沾染区或高照射量率的地区行动 人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间要尽量缩短时间及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染 进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质在人体内的存留少放射性物质在人体内的存留增殖反应堆增殖反应堆3 3、第二代快中子反应堆、第二代快中子反应堆4 4、裂

11、变产生快中子、裂变产生快中子-一部分维持链式反应，一部一部分维持链式反应，一部分被铀分被铀238238吸收。吸收。5 5、铀、铀238238吸收快中子后，变成铀吸收快中子后，变成铀239239，铀，铀239239不定，经不定，经2 2次次衰变，变成钚衰变，变成钚239239，钚，钚239239是是 一种可裂变核燃料。一种可裂变核燃料。6 6、钚、钚239239的产生速度大于铀的产生速度大于铀235235的消耗速度的消耗速度 核燃料增殖核燃料增殖1.1.第一代反应堆：慢中子反应堆。以铀第一代反应堆：慢中子反应堆。以铀235235为主要裂为主要裂变原料变原料2.2.天然铀中铀天然铀中铀235235

12、只占只占0.7%0.7%，99.3%99.3%的铀的铀238238大部分被大部分被浪费。浪费。增殖反应堆增殖反应堆7、在反应堆中加入钍，钍、在反应堆中加入钍，钍232吸收中子，吸收中子， 变成钍变成钍2338、钍、钍233不稳定，经不稳定，经2次次衰变，变成铀衰变，变成铀233，9、铀、铀233是一种可裂变核燃料。是一种可裂变核燃料。 核燃料增殖核燃料增殖 还有还有“聚变聚变-裂变混合型堆裂变混合型堆” 增殖堆正有增殖堆正有试验阶段。试验阶段。 1.1.一个铀核衰变为钍核时释放出一个一个铀核衰变为钍核时释放出一个粒子，粒子，已知铀核的质量为已知铀核的质量为3.8531313.8531311010-25-25kgkg，钍核质量钍核质量为为3.7865673.7865671010-25-25kgkg，粒子的质量为粒子的质量为6.646726.646721010-27-27kgkg，在这个衰变过程中释放出来在这个衰变过程中释放出来的能量为的能量为 J J（保留两位二位数字）保留两位二位数字） 8.78.710 10 -13-13 2 2中子质量为中子质量为1.0087u1.0087u，质子质量为质子质量为1.0073u1.0073u，氘氘核的质量为核