原子核核裂变

1、第十九章 原子核 第六节 核裂变人教版选修3-51原子核核裂变第1页核反应电子原子核 在核物理学中，原子核在其它粒子轰击下产生新原子核过程，称为核反应2原子核核裂变第2页 研究表明：原子核质量即使伴随原子序数增大而增大，不过二者之间并不成正比关系，其核子平均质量与原子序数有如图关系：核子平均质量是：原子核质量核子数3原子核核裂变第3页核子平均质量平均结合能核子平均结合能随质量数改变z4原子核核裂变第4页 物理学中把重核分裂成两个较轻核时，释放出核能反应叫做核裂变一.核裂变1.核裂变5原子核核裂变第5页2、铀核裂变（1）发觉1939年12月，德国物理学家哈恩和他助手斯特拉斯曼发觉，用中子轰击铀核

2、时，铀核发生了裂变。（2）裂变产物各种多样+6原子核核裂变第6页链式反应（1）定义：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去过程，叫做核裂变链式反应7原子核核裂变第7页使裂变物资能够发生链式反应最小体积叫做它临界体积，对应质量叫做临界质量。8原子核核裂变第8页35种元素200各种位素同发生链式反应爆炸（2）发生链式反应条件： 铀块质量大于临界质量，或者铀块体积大于临界体积。9原子核核裂变第9页1kg铀全部裂变，它放出能量超出t优质煤完全燃烧时释放能量10原子核核裂变第10页 足以维持链反应正常进行裂变材料质量叫临界质量(critical mass)。 铀-235 临界质量约为 1 kg，

3、质量超出1 kg 则发生爆炸。 任何有核反应堆国家都不难得到爆炸级裂变材料，原子弹基本设计又如此简单，从而为预防核武器扩散带来了困难。11原子核核裂变第11页 美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大毁伤在长崎投掷原子弹爆炸后形成蘑菇状云团，爆炸产生气流、烟尘直冲云天，高达12英里多广岛市区80%建筑化为灰烬，64000人丧生，7人受伤，伤亡总人数占全市总人口53%长崎市60%建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% 原子弹12原子核核裂变第12页原子弹中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图13原子核核裂变第13页处理能源危机根本路径核能 可开发核裂变燃料资源可使用上千年。二、核电站14原子核核裂变第

4、14页水泥防护层控制棒镉棒燃料棒铀棒减速剂二、核电站慢中子反应堆15原子核核裂变第15页核电站关键设施：核反应堆 浓缩铀制成铀棒减速剂：石墨、重水或普通水，用于减小中子速度控制棒：镉棒，用于吸收中子， 控制核反应快慢。处理能源危机根本路径核能。可开发核裂变燃料资源可使用上千年。核聚变资源可使用几亿年。16原子核核裂变第16页19. 7 核聚变17原子核核裂变第17页核子平均质量原子序数合成18原子核核裂变第18页1 、 轻核聚变 一些轻核能够结合在一起，生成一个较大原子核，同时放出大量核能。这种核反应叫做聚变。一、核聚变19原子核核裂变第19页计算下面核聚变放出能量:氘核质量：mD2.0141

5、02u氚核质量：mT3.016050u氦核质量：m4.002603u中子质量：mn=1.008665u20原子核核裂变第20页 计算表明，这个核反应释放能量是17.6MeV 。这个量值即使比一个铀核裂变产生能量（201MeV）少，但平均每个核子产生能量是铀裂变（ = 0.852MeV）约4倍。21原子核核裂变第21页2、发生聚变条件: 要使原子核间距离到达10-15m，核力才能大于电磁力3、实现方法有: 把原子核加热到很高温度；怎样能使轻核含有较大动能呢？ 需要克服极大库仑斥力，所以必须让轻核含有很大动能。几百万开尔文高温聚变反应又叫热核反应22原子核核裂变第22页核聚变利用氢弹三种炸药：普通

6、炸药235氘、氚爆炸裂变聚变弹体引爆装置小型原子弹氘、氚等热核燃料铀235外壳普通炸药23原子核核裂变第23页世界第一颗氢弹麦克24原子核核裂变第24页氢弹爆炸形成磨姑云25原子核核裂变第25页太阳是一个巨大热核反应堆。 热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈热核反应，不停向外界释放着巨大能量。太阳每秒释放能量约为3.81026 J，地球只接收了其中二十亿分之一。太阳在“核燃烧”过程中“体重”不停减轻。它每秒有亿吨原子核参加碰撞，转化为能量物质是400万吨。科学家预计，太阳这种“核燃烧”还能维持90亿100亿年。当然，与人类历史相比，这

7、个时间很长很长！ 太阳中心发生核聚变，放出巨大能量，太阳；这个天然核聚变过程已经发生了好几十亿年26原子核核裂变第26页（1）轻核聚变产能效率高1.聚变与裂变相比优点：（2）地球上聚变燃料储量丰富（3）轻核聚变更安全、清洁（4）反应中放射物质处理较轻易相同核燃料释放能量多。常见聚变反应平均每个核子放出能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放能量约为1MeV。 1L海水中大约有0.03g氘，假如发生聚变，放出能量相当于燃烧300L汽油,轻核聚变是能源危机终止者。 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。 氘和氚聚就反应中产生氦是没有放射性，放射性废物主要是泄漏氚以及聚变时高速中子、质子与其它物质反应而生成放射性物质，比裂变所生成废物数量少，轻易处理。 二、受控热核反应核聚变利用27原子核核裂变第27页磁约束 带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力作用而不飞散，所以有可能利用磁场来约束参加反应物质。2.实现核聚变难点：地球上没有任何容器能够经受如此高温度。为了处理这个难题，科学家构想了两种