核裂变与核聚变ppt课件

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裂变
铀核的裂变 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：
+ → + +
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
• • • •
写重核裂变方程应注意什么？ （1）满足“质量数、核电荷数”守恒； （2）只能用“ ”，不能用“=”； （3）两边的中子不能约去
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．
使裂变物资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。
• 链式反应:核裂变释 放出能量的同时，平 均每次可以放出2—3 个中子，这些中子又 轰击其他核，使之发 生裂变，这样不断继 续，使裂变反应就会 持续进行，就形成了 裂变的链式反应（原 子弹就是利用重核的 裂变）
原子弹
原子弹
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨， 试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压， 致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上 形成一个巨大的弹坑．
m 和m3,那么,当一个质子和一个中子结合
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成一个氘核时,释放的能量是( A．m C．(m3-m2-m1) B．(m1+m2)
)
D．(m1+m2-m3)
核裂变
核聚变
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 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： 原子核的质量 核子数

• 莉泽· 迈特纳（Lise Meitner）和奥多· 哈恩（Otto Hahn）同为 德国柏林威廉皇帝研究所（Kaiser Wilhelm Institute）的研究员。 作为放射性元素研究的一部分，迈特纳和哈恩曾经奋斗多年创造比 铀重的原子（超铀原子）。用游离质子轰击铀原子，一些质子会撞 击到铀原子核，并粘在上面，从而产生比铀重的元素。这一点看起 来显而易见，却一直没能成功。 • 他们用其他重金属测试了自己的方法，每次的反应都不出所 料，一切都按莉泽的物理方程式所描述的发生了。可是一到铀，这 种人们所知的最重的元素，就行不通了。整个20世纪30年代，没人 能解释为什么用铀做的实验总是失败。 • 从物理学上讲，比铀重的原子不可能存在是没有道理的。但 是，100多次的试验，没有一次成功。显然，实验过程中发生了他 们没有意识到的事情。他们需要新的实验来说明游离的质子轰击铀 原子核时究竟发生了什么。 • 最后，奥多想到了一个办法：用非放射性的钡作标记，不断 地探测和测量放射性的镭的存在。如果铀衰变为镭，钡就会探测到。 • 他们先进行前期实验，确定在铀存在的条件下钡对放射性镭 的反应，还重新测量了镭的确切衰变速度和衰变模式。这花了他们 三个月的时间。
• 裂变释放能量是因为原子核中质量－能量的储存方式以铁及相关元素(见核合成)的核 的形态最为有效。从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以， 重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的 核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。然而，很多这类重元素的核一旦在 恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发)，它们却是很稳定的。不稳 定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触 发裂变。由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质(如铀235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至 少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原子弹(实 际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量释放过程。对于核弹， 链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。对于核反应堆， 反应进行的速率用插入铀(或其他放射性物质)堆的可吸收部分中子的物质来控制，使得平 均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。 • 核裂变所释放的高能量中子移动速度极高(快中子)，因此必须通过减速，以增加 其撞击原子的机会，同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂将高能量中 子速度减慢，变成低能量的中子(热中子) 。商营核反应堆普遍采用普通水、石墨和较昂 贵的重水作为慢化剂。 • 核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像 铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多 个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核接着 发生核裂变……，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变 时，释放出巨大的能量称为原子核能，俗称原子能。1克铀235完全发生核裂变后放出的 能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。比原子弹威力更大的核武器是氢弹，就是利用核 聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过 程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘、氚等。核聚变也会放出巨 大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成氦过程，它的 光和热就是由核聚变产生的。

复习: 1、完成下列的核反应方程式：
U 235
92
10
n
138 56
Ba
95 36
Kr
(
310 n
)
2 1
H
12
H
10
n(
3 2
He
)
226 88
Ra
222 86
Rn (
4 2
He
)
2、核反应遵循的基本规律： 质量数和电荷数都守恒
3、核反应的能量来源分析：
爱因斯坦的相对论指出,物体的能量荷质量 之间存在着密切的联系.
17.6 = 3.52MeV却是铀裂变（
23
201 235 1 = 0.852MeV）的约4倍。
1、轻核聚变的条件：
核子要距 离十分近
加热 高温
几百万度 高温
热核反应
条件、应用
➢使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10-15m的距离。 ➢为了克服巨大的库仑力，需要使原子核有极大的动 能。 ➢一般的办法是把它们加热到很高的温度。通常需要 几百万度以上的高温。
4、质能方程： ΔE＝Δmc2
一.利用核能的途径
要质量有亏损，是利用核能的先决条件。 核反应前物质的核子数和反应后的核子数相等。
要实现“反应后的质量＜反应前的质量”，如果 我们引进“核子平均质量”，则核反应前核子平均 质量比反应后的核子平均质量较大。
1938年，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼发现用
原子弹： 不可控的核反应
原子弹爆炸时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖子”
三、轻核聚变
某些轻核结合成质量较大的核的核反应过 程，同时放出大量的核能。
例：
3 1
H

特鲁金斯基提出了在液滴模型基础上加壳修正的 “宏观-微观”方法, 导出了
双峰裂变势垒，这是裂变研究史上的又一新成果。
裂变释放能量是因为原子核中质量－能量的储存方式以铁及相关元素(见核合成)的核 的形态最为有效。从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以， 重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元 素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。然而，很多这类重元素的核 一旦在恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发)，它们却是很稳 定的。不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定 核时，也能触发裂变。由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放 射性物质(如铀-235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂 变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这 就是称之为原子弹(实际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量 释放过程。对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核 的裂变。对于核反应堆，反应进行的速率用插入铀(或其他放射性物质)堆的可吸收部 分中子的物质来控制，使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。

1934年，E.费密等人用中子照射铀，企图使铀核俘获中子，再经过β衰
变得到原子序数为93或更高的超铀元素，这引起了不少化学家的关注。在
1934～1938年间，许多人做了这种实验，但是不同的研究者得到了不同的结
果，有的声称发现了超铀元素，有的却说得到了镭和锕。1938年，O.哈恩和F.
斯特拉斯曼做了一系列严格的化学实验来鉴别这些放射性产物，结论是：所
铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在பைடு நூலகம்收一个中子以后会分裂成两个或更