(精品)第05节裂变和聚变.ppt
自然界中的能量不会减少，但能源却会越来越自然界中的能量不会减少，但能源却会越来越少，所以我们要节约能源，同时也要开发新的能源。少，所以我们要节约能源，同时也要开发新的能源。核子平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 研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的研究表明：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，其核增大而增大，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：核子的平均质量是：核子的平均质量是：原子核的质量核子数重核裂变和轻核聚变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核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能的反应叫做能的反应叫做能的反应叫做裂变裂变裂变裂变一、裂变一、裂变裂变 1939193919391939年年年年12121212月，德国物理学家哈恩和他的助手斯月，德国物理学家哈恩和他的助手斯月，德国物理学家哈恩和他的助手斯月，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，铀核发生了裂特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂特拉斯曼发现，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，一种典型的反变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反变。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，同时放出三个中子映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子.铀核的裂变铀核的裂变+其核反应方程是：其核反应方程是：我们如何计算出裂变过程中释放的能量呢？我们如何计算出裂变过程中释放的能量呢？我们如何计算出裂变过程中释放的能量呢？我们如何计算出裂变过程中释放的能量呢？铀核的裂变铀核的裂变请思考并回答问题：请思考并回答问题：请思考并回答问题：请思考并回答问题：1 1 1 1、若反应物的质量为、若反应物的质量为、若反应物的质量为、若反应物的质量为m mm m1 1 1 1,生成物的质量为生成物的质量为生成物的质量为生成物的质量为m mm m2 2 2 2，请问核裂变，请问核裂变，请问核裂变，请问核裂变过过过过程损失了多少质量？程损失了多少质量？程损失了多少质量？程损失了多少质量？2 2 2 2、若、若、若、若1kg1kg1kg1kg的铀核完全裂变，质量的铀核完全裂变，质量的铀核完全裂变，质量的铀核完全裂变，质量亏损亏损亏损亏损m=9.110-4kg，请问请问请问请问裂变过程释放出多少能量？裂变过程释放出多少能量？裂变过程释放出多少能量？裂变过程释放出多少能量？3 3 3 3、若一个家庭月均用电量为、若一个家庭月均用电量为、若一个家庭月均用电量为、若一个家庭月均用电量为1.1.1.1.3 3 3 3101010109 9 9 9J J J J,1kg,1kg,1kg,1kg煤燃烧释放的能量煤燃烧释放的能量煤燃烧释放的能量煤燃烧释放的能量为为为为2.92.92.92.9101010107 7 7 7J J J J，请问，请问，请问，请问1kg1kg1kg1kg煤能够供一个家庭使用多长时间？煤能够供一个家庭使用多长时间？煤能够供一个家庭使用多长时间？煤能够供一个家庭使用多长时间？1kg1kg1kg1kg铀铀铀铀又能够供一个家庭使用多长时间呢？又能够供一个家庭使用多长时间呢？又能够供一个家庭使用多长时间呢？又能够供一个家庭使用多长时间呢？核能核能-解决能源危机的途径解决能源危机的途径核发电量占总发电比例最多的核发电量占总发电比例最多的核发电量占总发电比例最多的核发电量占总发电比例最多的10101010个国家是：个国家是：个国家是：个国家是：法国法国法国法国 75%75%75%75%立陶宛立陶宛立陶宛立陶宛 73.1%73.1%73.1%73.1%比利时比利时比利时比利时 57.7%57.7%57.7%57.7%保加利亚保加利亚保加利亚保加利亚 47.1%47.1%47.1%47.1%斯洛伐克斯洛伐克斯洛伐克斯洛伐克 47%47%47%47%瑞典瑞典瑞典瑞典 46.8%46.8%46.8%46.8%乌克兰乌克兰乌克兰乌克兰 43.8%43.8%43.8%43.8%韩国韩国韩国韩国 42.8%42.8%42.8%42.8%匈牙利匈牙利匈牙利匈牙利 38.3%38.3%38.3%38.3%亚美尼亚亚美尼亚亚美尼亚亚美尼亚 36.4%36.4%36.4%36.4%世界核能发电占全部电量世界核能发电占全部电量1/41/4 最新数据显示，最新数据显示，2016年，年，我国核电累计发电量约占我国核电累计发电量约占全国累计发电量的全国累计发电量的3.56%，所占比例较低。，所占比例较低。用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中用中子轰击铀核时，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链式反应链式反应链式反应链式反应链式反应链式反应（1 1）铀块的体积大于或等于临界体积，体积超）铀块的体积大于或等于临界体积，体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核。过临界体积时，保证中子能够碰到铀核。发生条件：发生条件：（2 2）有足够浓度的铀。）有足够浓度的铀。（3 3）有足够数量的慢中子。）有足够数量的慢中子。水泥防护层水泥防护层控制棒控制棒镉棒镉棒燃料棒燃料棒铀棒铀棒慢化剂慢化剂链式反应的应用核电站慢中子反应堆二、核电站二、核电站核电站工作原理核电站工作原理原子弹美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁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伤在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云伤在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云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，高达团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12121212英英英英里多广岛市区里多广岛市区里多广岛市区里多广岛市区80%80%80%80%的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，64000640006400064000人丧人丧人丧人丧生，生，生，生，72000720007200072000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的人受伤，伤亡总人数占全市总人口的人受伤，伤亡总人数占全市总人口的人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%53%53%53%长崎市长崎市长崎市长崎市60%60%60%60%的建筑物被摧毁，伤亡的建筑物被摧毁，伤亡的建筑物被摧毁，伤亡的建筑物被摧毁，伤亡86000860008600086000人，人，人，人，占全市占全市占全市占全市37%37%37%37%原子弹核防护（2 2）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。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，立即背在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。向爆心卧倒，可减轻伤害。（1 1）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，以减少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放射性物质在人体内的存留可开发的可开发的核裂变核裂变燃料资源可使用上燃料资源可使用上千年。千年。核聚核聚变变资源可使用几亿年。资源可使用几亿年。某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做原子核，这种核反应叫做聚变聚变。三、核聚变三、核聚变根据所给数据根据所给数据,试估算下面核反应放出的能量试估算下面核反应放出的能量:氘核的质量：氘核的质量：mmD D2.01u2.01u氚核的质量：氚核的质量：mmT T3.02u3.02u氦核的质量：氦核的质量：mm4.01u4.01u中子的质量：中子的质量：mmn n=1.01u=1.01u其中，其中，1u 1u 相当于相当于 931.5 MeV931.5 MeV的能量的能量发生聚变的条件发生聚变的条件:使原子核间的距离达到使原子核间的距离达到1010-15-15m m实现的方法有实现的方法有:把原子核加热到很高的温度；把原子核加热到很高的温度；108109K聚变反应又叫聚变反应又叫 热核反应热核反应核聚变普遍存在于宇宙中核聚变的利用氢弹弹体弹体引爆装置引爆装置小小型型原原子子弹弹三种炸药：三种炸药：普通炸药普通炸药235氘、氚氘、氚爆炸爆炸裂变裂变聚变聚变氘、氚、重氘、氚、重氢化钾等氢化钾等铀铀235外壳外壳普通炸药普通炸药地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。现在的技术还不能控制热核反应。现在的技术还不能控制热核反应。地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。问题有：问题有：热核反应的的点火温度很高，地球上没有任热核反应的的点火温度很高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。何容器能够经受如此高的温度。磁约束磁约束四、可控热核反应四、可控热核反应核聚变的利用核聚变的利用一、核子平均质量一、核子平均质量二、核裂变二、核裂变1 1、链式反应、链式反应2 2、计算核裂变放出的能量、计算核裂变放出的能量3 3、应用：核电站、原子弹、应用：核电站、原子弹二、核聚变（热核反应）二、核聚变（热核反应）1 1、发生条件、发生条件2 2、计算核聚变放出的能量、计算核聚变放出的能量3 3、应用：氢弹、应用：氢弹课堂小结课堂小结热核反应热核反应&裂变反应裂变反应核裂变核裂变核聚变核聚变原理原理放出的能放出的能量量废料处理废料处理燃料来源燃料来源丰富程度丰富程度可控性可控性重核变成几个中等质重核变成几个中等质量的原子核量的原子核几个轻核聚变成一个中等几个轻核聚变成一个中等质量的原子核质量的原子核平均每个核子放出的平均每个核子放出的能量约能量约1MeV平均每个核子释放平均每个核子释放3MeV 以上以上比较困难比较困难比较简单比较简单地球上非常丰富地球上非常丰富（例如，氘）（例如，氘）地球上较少（例如，铀）地球上较少（例如，铀）除氢弹外，人们还不能除氢弹外，人们还不能控制它控制它比较容易进行人工比较容易进行人工控制（核电站）控制（核电站）巩固练习巩固练习1、一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是 ，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于()A(Mm1m2)c2 B(Mmm1m2)c2 C(Mm1m29m)c2 D(m1m29mM)c22、如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是()A铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些3、太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应,这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.(已知质子质量为mH1.007 3 u,氦核质量为mHe4.001 5 u,正电子质量为me0.000 55 u,结果保留两位小数,1 u相当于931.5 MeV的能量)核反应方程为：求：这一核反应能释放多少能量？
