1967重核裂变轻核聚变解析

6、重核的裂变7、轻核的聚变核反应电子原子核在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．核子平均质量：核子的平均质量与原子序数之间的关系原子核的质量核子数

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、裂变〓聚变〓裂变

1939年12月，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：铀核的裂变+→++

裂变中释放出巨大的能量，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235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．

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，也就是链式反应．链式反应

由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．链式反应

使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。原子弹

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86000人，占全市37%．美国投放日本广岛原子弹…小男孩解决能源危机根本途径——核能1942年费米主持建立了世界上第一个“核反应堆”，首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。

可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。核聚变资源可使用几亿年。二、核电站

核反应堆

通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数,以形成所谓的自持链反应。水泥防护层控制棒——镉棒（吸收中子）燃料棒—铀棒减速剂（速度与热运动速度相当的中子最适合引发裂变，称热中子或慢中子）（常用慢化剂有石墨、重水、和普通水）链式反应的应用——核电站慢中子反应堆二、核电站世界第一座核反应堆

（天然铀52吨、高纯石墨1000多吨，总重1400吨）中国核电技术核电站的核心是核反应堆,核反应堆的主要组成及其作用1.核燃料:反应堆使用浓缩铀(铀235占3%-4%),制成铀棒作为核燃料,释放核能.2.中子慢化剂:铀235具有容易俘获慢中子,不易俘获快中子的特点,而核反应释放的中子多数为快中子,应用慢化剂使它们速度降下来,常用的慢化剂的物质有石墨､重水和普通水(轻水).3.控制棒:由吸收中子能力很强的镉制成的,用以控制核反应速度.4.保护层:反应堆外层是很厚的水泥壁,可防止射线辐射.5.热交换器:靠水或液态金属钠在反应堆内外的循环流动把产生的热量传输出去.湖南拟建两核电站小墨山桃花江重核裂变——要求掌握：1、知道裂变的概念，知道重核裂变能够释放原子核能2、知道链式反应及其条件，知道临界体积的概念3、了解裂变反应堆的基本结构和工作原理4、认同核能是一种重要的能源，了解核技术的简单应用原子核反应有广泛的应用,如用于核电站等,在下列核反应中属于裂变反应的是()A.105B+10n→73Li+42HeB.23892U→23490Th+42HeC.147N+42He→178O+11HD.23592U+10n→14156Ba+9236Kr+310n答案:D当一个重核裂变时,它所产生的两个核()A.含有的质子数较裂变前重核的质子数减少B.含有的中子数较裂变前重核的中子数少C.裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D.可能是多种形式的两个核的组合答案:BD裂变反应中释放的能量来自于()A.核子消失转化为能量B.原子中电子与原子核的电势能减小C.入射的中子消失转化为能量D.原子核的比结合能变大,释放出能量答案:D镉棒在反应堆中所起的作用()A.使快中子变成慢中子B.使慢中子变成快中子C.使反应速度加快D.控制反应速度,调节反应速度的快慢答案:D核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它主要有哪四部分组成()A.核燃料､减速剂､冷却系统､控制调节系统B.核燃料､减速剂､发热系统和传热系统C.核燃料､减速剂､碰撞系统和传热系统D.核燃料､中子源､核能聚存系统和输送系统答案:A裂变中能量的计算用中子轰击铀核(23592U),其中一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分,放出了中子,各个核的质量如下mU=390.3139×10-27kgmn=1.6749×10-27kgmBa=234.0016×10-27kgmKr=152.6047×10-27kg试写出核反应方程,算出反应中释放的核能.解析:(1)核反应方程为10n+23592U→14156Ba+9236Kr+310n(2)核反应前后的质量亏损Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.3578×10-27kg由爱因斯坦质能方程,得ΔE=Δmc2=0.3578×10-27×(3.00×108)2J=3.2202×10-11J答案:(1)10n+23592U→14156Ba+9236Kr+310n(2)3.2202×10-11J1、轻核的聚变

某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，同时放出大量的核能。这种核反应叫做聚变。一、核聚变计算下面核聚变放出的能量:氘核的质量：mD＝2.014102u氚核的质量：mT＝3.016050u氦核的质量：mα＝4.002603u中子的质量：mn=1.008665u计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少，但平均每个核子产生的能量是铀裂变（=0.852MeV）的约4倍。2、发生聚变的条件:

要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能大于电磁力3、实现的方法有:把原子核加热到很高的温度；如何能使轻核具有较大的动能呢？

需要克服极大的库仑斥力，因此必须让轻核具有很大的动能。几百万开尔文高温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Ｕ235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外壳普通炸药世界第一颗氢弹——麦克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，太阳和很多恒星的内部温度高达107K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。太阳每秒释放的能量约为3.8×1026J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！

太阳的中心发生核聚变，放出巨大能量，太阳；这个天然的的核聚变过程已经发生了好几十亿年（1）轻核聚变产能效率高1.聚变与裂变相比的优点：（2）地球上聚变燃料的储量丰富（3）轻核聚变更安全、清洁（4）反应中放射物质的处理较容易相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。1L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300L汽油,轻核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。

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的数量少，容易处理。二、受控热核反应——核聚变的利用磁约束

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.实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案：1.磁约束2.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”在一起发生反应。轻核聚变两个中子和两个质子可以结合成一个氦核，已知中子的质量是1.008665u，质子的质量是1.007276u，氦核的质量是4.0026u，求此核反应的质