重核裂變與輕核聚變ppt課件

1、重核裂變和輕核聚變重核裂變和輕核聚變) (9536138561023592KrBanU) (102121nHH) (2228622688RnRa) (01146eC復(fù)習(xí)復(fù)習(xí):1、完成下列的核反應(yīng)方程式：、完成下列的核反應(yīng)方程式：n103He32He42N1472 2、核反應(yīng)遵循的基本規(guī)律：、核反應(yīng)遵循的基本規(guī)律：質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒3 3、核反應(yīng)的能量來源分析：、核反應(yīng)的能量來源分析： 愛因斯坦的相對論指出愛因斯坦的相對論指出, ,物體的能量物體的能量荷質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系荷質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系. .4 4、質(zhì)量虧損：組成核的核子總質(zhì)量和、質(zhì)量虧損：組成核的核子總質(zhì)

2、量和 原子核的質(zhì)量之差原子核的質(zhì)量之差mm5 5、質(zhì)能方程：、質(zhì)能方程： E Em m c c2 2 E E mm c c2 2一一. .利用核能的途徑利用核能的途徑要質(zhì)量有虧損，是利用核能的先決條件。要質(zhì)量有虧損，是利用核能的先決條件。 核反應(yīng)前物質(zhì)的核子數(shù)和反應(yīng)后的核子數(shù)核反應(yīng)前物質(zhì)的核子數(shù)和反應(yīng)后的核子數(shù)有什么關(guān)系？有什么關(guān)系？ 相等相等 要實現(xiàn)要實現(xiàn)“反應(yīng)后的質(zhì)量反應(yīng)前的質(zhì)量反應(yīng)后的質(zhì)量反應(yīng)前的質(zhì)量”，如果我們引進如果我們引進“核子平均質(zhì)量核子平均質(zhì)量”，則核反應(yīng)前，則核反應(yīng)前核子平均質(zhì)量和反應(yīng)后的核子平均質(zhì)量有什么核子平均質(zhì)量和反應(yīng)后的核子平均質(zhì)量有什么關(guān)系？關(guān)系？ 較大較大 科學(xué)家

3、們經(jīng)過定量研究，發(fā)現(xiàn)組成各種元素科學(xué)家們經(jīng)過定量研究，發(fā)現(xiàn)組成各種元素的核子平均質(zhì)量不盡相同，而且已經(jīng)得出各種的核子平均質(zhì)量不盡相同，而且已經(jīng)得出各種元素的核子平均質(zhì)量曲線元素的核子平均質(zhì)量曲線 針對這個曲線觀察一下，并總結(jié)：針對這個曲線觀察一下，并總結(jié)：a a、誰的平均、誰的平均質(zhì)量最??？質(zhì)量最??？b b、怎樣才能獲得質(zhì)量虧損的核反應(yīng)？、怎樣才能獲得質(zhì)量虧損的核反應(yīng)？c c、哪一類核反應(yīng)的質(zhì)虧損比較、哪一類核反應(yīng)的質(zhì)虧損比較“快快”？a a、FeFe的平均質(zhì)量最??；的平均質(zhì)量最??；b b、重核裂變；、重核裂變；c c、輕核聚變。輕核聚變。 結(jié)論：結(jié)論： 利用核能的兩大途徑：輕核聚變和重核裂變

4、利用核能的兩大途徑：輕核聚變和重核裂變 重核裂變重核裂變重核俘獲一個中子后分裂為幾個中等重核俘獲一個中子后分裂為幾個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程質(zhì)量的核的反應(yīng)過程. . 在裂變的同時在裂變的同時要放出幾個中子和大量的核能。要放出幾個中子和大量的核能。二二. .重核裂變重核裂變-以鈾核的裂變?yōu)槔遭櫤说牧炎優(yōu)槔齅eVKrBanU6 .200_+ + + +9292363614114156561 10 02352359292（1 1）一種典型的鈾核裂變）一種典型的鈾核裂變n103 裂變產(chǎn)物不是唯一確定的，有時還會發(fā)生裂變產(chǎn)物不是唯一確定的，有時還會發(fā)生三分裂和四分裂。我國物理學(xué)家錢三強、何澤三分裂和四分

5、裂。我國物理學(xué)家錢三強、何澤慧夫婦慧夫婦19461946年在巴黎首次發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和年在巴黎首次發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂。但是，鈾的的三分裂和四分裂概率是四分裂。但是，鈾的的三分裂和四分裂概率是相當(dāng)小的相當(dāng)小的. . 介紹介紹27u27Ba27K r27nm390.313910kgm234.001610kgm152.604710kgm1.674910kgm =(mm =(mu u + m + mn n) )(m(mBaBa + m + mKrKr + 3m + 3mn n)= )= 0.35780.357810102727kgkg計算計算“質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損” ：E = mCE = mC2 2

6、 = 201MeV = 201MeV1kg1kg鈾完全裂變，釋放的核能為：鈾完全裂變，釋放的核能為： AmENEM23810006.02 102.01 1023532135.15 108.24 10eVJ 對應(yīng)常規(guī)能源：合對應(yīng)常規(guī)能源：合2.512.51106kg106kg（即（即25102510噸）煤炭燃燒噸）煤炭燃燒 （2 2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)： 鈾核裂變時放出幾個中子，再引起其鈾核裂變時放出幾個中子，再引起其他鈾核裂變而使裂變反應(yīng)不斷進行下去稱他鈾核裂變而使裂變反應(yīng)不斷進行下去稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的示意圖：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的示意圖：(3)(3)重核裂變的應(yīng)用重核裂變的應(yīng)用核電站

7、核電站核心設(shè)施：核反應(yīng)堆核心設(shè)施：核反應(yīng)堆 濃縮鈾制成的鈾棒濃縮鈾制成的鈾棒減速劑：減速劑：石墨、重水或普通水，用于減石墨、重水或普通水，用于減小中子的速度小中子的速度控制棒：鎘，用于控制棒：鎘，用于 吸收中子，控制吸收中子，控制核反應(yīng)的快慢。核反應(yīng)的快慢。原子彈：原子彈： 不可控的核反應(yīng)不可控的核反應(yīng)原子彈爆炸時的蘑菇云原子彈爆炸時的蘑菇云“小男孩小男孩”（前）和（前）和“胖子胖子”三、輕核聚變?nèi)?、輕核聚變 某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)過某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)過程，同時放出大量的核能。程，同時放出大量的核能。 MeVnHeHH6 .1710422131例：例：1 1、輕核聚

8、變的條件：、輕核聚變的條件：核子要距核子要距離十分近離十分近加熱加熱高溫高溫?zé)岷朔磻?yīng)熱核反應(yīng)幾百萬幾百萬度高溫度高溫17.623201235 1計算表明，這個核反應(yīng)釋放的能量是計算表明，這個核反應(yīng)釋放的能量是17.6MeV 17.6MeV 。這個量值雖然比一個鈾核裂變產(chǎn)生的能量這個量值雖然比一個鈾核裂變產(chǎn)生的能量（201MeV201MeV）少，但平均每個核子產(chǎn)生的能量）少，但平均每個核子產(chǎn)生的能量= 3.52MeV= 3.52MeV卻是鈾裂變（卻是鈾裂變（= 0.852MeV= 0.852MeV）的約）的約4 4倍。倍。條件、應(yīng)用條件、應(yīng)用使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離十分使輕核發(fā)生聚變，必

9、須使它們的距離十分接近，達到接近，達到1010-15-15mm的距離。的距離。為了克服巨大的庫侖力，需要使原子核有為了克服巨大的庫侖力，需要使原子核有極大的動能。極大的動能。一般的辦法是把它們加熱到很高的溫度。一般的辦法是把它們加熱到很高的溫度。通常需要幾百萬度以上的高溫。通常需要幾百萬度以上的高溫。例如：氫彈是利用核聚變原理制造的大規(guī)模殺傷例如：氫彈是利用核聚變原理制造的大規(guī)模殺傷性武器性武器為了獲取高熱，常常使用重核裂變作為為了獲取高熱，常常使用重核裂變作為“引引子子”。所以，原子彈可以作為氫彈的。所以，原子彈可以作為氫彈的“雷管雷管”。氫彈氫彈世界第一顆氫彈世界第一顆氫彈麥克麥克“麥克麥

10、克”爆炸爆炸成功成功我國第一顆氫彈爆炸生成的蘑菇云我國第一顆氫彈爆炸生成的蘑菇云四、熱核反應(yīng)四、熱核反應(yīng)1.1.學(xué)生閱讀解決學(xué)生閱讀解決(1)(1)什么是熱核反應(yīng)什么是熱核反應(yīng)(2)(2)太陽的能源來自熱核反應(yīng)太陽的能源來自熱核反應(yīng)(3)(3)什么是可控?zé)岷朔磻?yīng)什么是可控?zé)岷朔磻?yīng)(4)(4)氘核氘核, ,氚核的來源氚核的來源2 2、 熱核反應(yīng)的優(yōu)點：熱核反應(yīng)的優(yōu)點：（1 1）熱核反應(yīng)釋放的能量比裂變大得多。）熱核反應(yīng)釋放的能量比裂變大得多。（2 2）反應(yīng)后的廢物較易處理。）反應(yīng)后的廢物較易處理。（3 3）原料易得。）原料易得。例題例題 1.1.兩個中子和兩個質(zhì)子可以結(jié)合成一個氦兩個中子和兩個質(zhì)

11、子可以結(jié)合成一個氦核核, , 已知中子的質(zhì)量是已知中子的質(zhì)量是1.0086651.008665u u, , 質(zhì)子的質(zhì)量是質(zhì)子的質(zhì)量是1.0072761.007276u u, , 氦核的質(zhì)量是氦核的質(zhì)量是4.00264.0026u u, , 求此核反應(yīng)求此核反應(yīng)的質(zhì)量虧損和結(jié)合能的質(zhì)量虧損和結(jié)合能, (, (1 1u u=1.66=1.661010-27-27千克千克, , c c=3=310108 8米秒米秒) )解：解：mm0.0292820.029282u u E E mcmc2 2=931.5 =931.5 0.029282 0.029282= = 27.327.3MeVMeV或或 E

12、E mcmc2 2 0.029282 0.029282 1.66 1.661010-27 -27 (3 (310108 8 ) )2 2 4.37 4.37 10101212J J27.327.3MeVMeV例例1 1、已知氘核質(zhì)量為、已知氘核質(zhì)量為2.0136u2.0136u，中子質(zhì)量為，中子質(zhì)量為1.0087u 1.0087u 核的質(zhì)量為核的質(zhì)量為3.0150u3.0150u。求：。求：（1 1）寫出兩個氘核聚變成）寫出兩個氘核聚變成 的核反應(yīng)方程式的核反應(yīng)方程式（2 2）計算上述核反應(yīng)中釋放的核能。）計算上述核反應(yīng)中釋放的核能。23 He23 He【分析分析】算出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，利用

13、愛因斯坦質(zhì)能方算出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，利用愛因斯坦質(zhì)能方程即可求出反應(yīng)釋放的核能。程即可求出反應(yīng)釋放的核能。解答：解答： （1）nHeHH10322121（2 2）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：m=2.01362(3.0150+1.0087)=0.0035u釋放的核能為釋放的核能為E=mc2 2=931.50.0035=3.26MeV19941994年年 全國全國 2. 2. 一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個 粒子，粒子，已知鈾核的質(zhì)量為已知鈾核的質(zhì)量為3.8531313.8531311010-25-25 kg kg，釷核質(zhì)，釷核質(zhì)量為量

14、為3.7865673.7865671010-25-25 kg kg， 粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為6.646726.646721010-27-27 kg kg，在這個衰變過程中釋放出，在這個衰變過程中釋放出來的能量等于來的能量等于 J J（保留兩位二位數(shù)字（保留兩位二位數(shù)字） 8.710 -13 3. 3. 中子質(zhì)量為中子質(zhì)量為1.0087u1.0087u，質(zhì)子質(zhì)量為，質(zhì)子質(zhì)量為1.0073u1.0073u，氘核的質(zhì)量為，氘核的質(zhì)量為2.0136u2.0136u，中子和質(zhì)子結(jié)合為，中子和質(zhì)子結(jié)合為氘核時釋放的能量為氘核時釋放的能量為 J J。 （1989年年 全國全國）3.710 -1320002

15、000年高考試題年高考試題4.4.裂變反應(yīng)是目前利用中常用的反應(yīng)，以原子核裂變反應(yīng)是目前利用中常用的反應(yīng)，以原子核 為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng) 俘獲一個慢中子后發(fā)生的俘獲一個慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為 反應(yīng)方程下方的數(shù)字為中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量（以反應(yīng)方程下方的數(shù)字為中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量（以原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位u u為單位）。已知為單位）。已知1u 1u 的質(zhì)量對應(yīng)的能量為的質(zhì)量對應(yīng)的能量為9.39.310102 2MeVMeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是 _MeV。235.04

16、39 1.0087 93.9154 138.9178 235U92 92 0 38 54 0 235 U + 1 n 9494 Sr + Sr + 139139Xe+ 3 Xe+ 3 1 1 n n 235U92解：解：m=0.1933um=0.1933u E=931.5 E=931.50.1933=1.8 0.1933=1.8 10102 2 MeV MeV1.8 10220022002年廣東高考年廣東高考5.5.如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的，如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的， CNpeNOONpNCpeCNNCp126157157158158147147136136137137126 其中其中p p為質(zhì)子，為質(zhì)子，為為粒子，粒子，e e+ + 為正電子，為正電子，為一種中微子。為一種中微子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為已知質(zhì)子的質(zhì)量為m mp p =1.672648 =1.67264810 10 -27-27kgkg， 粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為m m=6.644929=6.64492910 10 -27-27kgkg，正電子的質(zhì)量為，正電子的質(zhì)量為m me e=9.11=9.111010-31-31kgkg，中，中微子的質(zhì)量可忽略不計。真空中的光速微子的質(zhì)量可忽略不計。真空中的光速c=3c=310108 8 m/sm/s。試計算該。試計算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量。系列核反應(yīng)