19-6-7重核裂变--轻核聚变

1、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

2、，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

3、%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。,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

4、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

5、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.10 5B+10n73Li+42He B.238 92U234 90Th+42He C.14 7N+42He17 8O+11H D.235 92U+10n141 56Ba+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

6、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(235 92

7、U),其中一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)两部分,放出了中子,各个核的质量如下 mU=390.313910-27 kg mn=1.674910-27 kg mBa=234.001610-27 kg mKr=152.604710-27 kg 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+235 92U141 56Ba+9236Kr+310n (2)核反应前后的质量亏损 m=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.357810-27 kg 由爱因斯坦质能方程,得 E=mc2=0.357810-27(3.00108)2 J=3.220210

8、-11 J 答案:(1)10n+235 92U141 56Ba+9236Kr+310n (2)3.220210-11 J,1 、 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：mD2.014102u 氚核的质量：mT3.016050u 氦核的质量：m4.002603u 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

9、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,235,氘、氚,爆炸,裂变,聚变,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107 K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3.81026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”

10、的过程中“体重”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

11、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