重核的裂变课堂

多学一点 STS：核裂变的研究过程（视频）
原子弹
在山田须磨子（ 在山田须磨子（一位当年的爆炸目击 的一幅画：在遥远的广岛上空， 者）的一幅画：在遥远的广岛上空， 原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光 芒
倒塌的钢架结构建筑物
广岛红十字医院里， 广岛红十字医院里，一个严重 烧伤的学生仰面躺在一张草席 上。他的五官几乎全被原子弹 爆炸产生的热浪抹掉了。 爆炸产生的热浪抹掉了。四天 后他死了。 后他死了。
D + E
D E F
F B + C
A
A
C
O
B Z
Fe 核子的平均质量与原子序数之间的关系
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， 能的反应叫做裂变 把轻核结合成质量较大的核， 裂变． 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 聚变． 释放出核能的反映叫做聚变．
原子弹
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 伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云 爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12 12英 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 80%的建筑化为灰烬 里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧 72000人受伤 人受伤， 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 60%的建筑物被摧毁 86000人 53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人， 占全市37% 占全市37% ．
释放出的能量为
−27
∆E = ∆mc = 201M eV

栏 目
地进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应，如下图所示：
链 接
③重核裂变有质量亏损，所以放出能量．
注：铀235裂变需要一定的条件：①要有足
栏 目
链
够浓度的铀235；②要有足够数量的慢中子；③
接
铀块的体积要大于临界体积．
例1 (双选)关于铀核裂变，下述说法正确的 是( )
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂
栏 目
链
时才能发生链式反应，选项B错误．铀核的链式
接
反应可人工控制，铀核的半衰期不会受到环境温
度的影响，选项C正确，选项D错误．
答案：AC
A.105B＋10n→37Li＋24He
B.28328U→29304Th＋42He
栏
C.147N＋24He→178O＋11H
目 链
D.23952U＋10n→15461Ba＋9326Kr＋301n
接
解析：由链式反应特点知：反应过程中由一个中子引 发裂变，放出2～3个中子促成链式反应，故D正确．
答案：D
大于临界体积，链式反应将开始，并非常激烈地进行．
将这两块半球形的核燃料，分开安装在炸弹中，其中一 块被固定，另一块后面装上普通炸药和引爆装置，当引 爆装置引起普通炸弹爆炸时，就把两块炸药迅速压在一 起，成为一个整块，这时核裂变开始并发生激烈的链式 栏
目
反应，大量能量在极短的时间内放出，因而形成剧烈爆 链
射性同位素，同时在核爆炸中产生的巨大数量的中子
与周围和高空中的原子核作用，又会产生很多的放射
性同位素，这些具有放射性的原子大多呈气态，它们
随大气流动到各地大气中或落在地面上形成放射性污
栏 目
链

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03
重核裂变的实验方法与观测技术
2024/1/29
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裂变实验的基本方法与原理
静态裂变实验
通过测量静止重核自发裂变产生的碎片来研究裂变过程。这种方法可以精确测量裂变碎片的质量、电荷和动能分 布。
动态裂变实验
利用加速器加速重核至一定能量后诱发裂变，通过测量裂变碎片的飞行时间、角度和能量来研究裂变过程。这种 方法可以研究不同入射能量下的裂变特性。
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原子核的液滴模型与裂变机制
2024/1/29
原子核的液滴模型
将原子核视为由核子组成的液滴，通过表面张力和库仑斥力维持平衡。当原子核吸 收中子后，液滴变得不稳定，可能发生裂变。
裂变机制
重核裂变通常通过慢中子或快中子轰击引发。中子被吸收后，原子核形成激发态的 复合核，经过一系列内部结构调整和能量释放，最终分裂成两个或多个中等质量的 核碎片。
高精度寿命测量 通过测量重核裂变产物的半衰期等参数，研究裂 变过程中的核结构变化和反应动力学。
高精度角分布测量
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利用高精度探测器阵列，对重核裂变产物的角分 布进行测量，以揭示裂变过程中的核形状变化和 反应机制。
2024/1/29
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重核裂变理论模型的完善与发展
2024/1/29
微观理论模型的深入研究
基于量子力学等微观理论，深入研究重核裂变的微观机制和核结 构效应，提高理论模型的精度和可靠性。
宏观-微观理论模型的结合
将宏观模型和微观模型相结合，综合考虑核的宏观性质和微观结构 效应，建立更完善的重核裂变理论模型。
多体理论模型的发展
发展多体理论模型，考虑重核裂变过程中多个核子的相互作用和关 联效应，以更准确地描述裂变过程。

鼓励高中生关注重核裂变领域的科技前沿动态， 了解最新的研究成果和技术进展，培养对科学的 兴趣和热情。
培养跨学科思维和创新能力
重核裂变研究涉及多个学科领域的知识和技术， 高中生应注重培养跨学科思维和创新能力，尝试 从不同角度思考和解决问题。
树立正确的科学伦理观念
在学习重核裂变过程中，高中生应树立正确的科 学伦理观念，认识到科学研究的责任和义务，遵 守学术规范和道德准则。
国际合作与竞争的加剧
重核裂变研究具有全球性和战略性意义，未来国际间的合 作和竞争可能会更加激烈。各国需要加强交流和合作，共 同推动重核裂变研究的发展。
对高中生的学习建议与期望
打好基础，掌握基本概念和原理
高中生在学习重核裂变时，应首先打好基础，掌 握基本概念和原理，如原子核结构、放射性衰变 等。
关注科技前沿动态
生了裂变反应。
实验数据分析与结论
数据分析
通过对探测器记录的数据进行分析，可以得到裂变碎片的质量分布、能量分布以及 射线的类型和强度等信息。这些数据反映了重核裂变的特征和规律。
结论
根据实验数据分析结果，可以得出以下结论：重核在吸收中子后会发生裂变反应， 产生中等质量的碎片和射线；裂变反应释放大量能量，是核能利用的重要途径之一； 重核裂变的特征和规律可以通过实验手段进行研究和掌握。
工业应用
重核裂变产生的中子可用于材料改 性、无损检测等领域。此外，核裂 变技术还可应用于海洋资源开发、 太空探索等领域。
05
重核裂变的环保与伦理问题
放射性污染及其危害
放射性污染来源
重核裂变产生的放射性物质，如铀、钚等的裂变产物。
对环境的影响
放射性物质对大气、水体和土壤造成污染，通过食物 链影响生物和人类健康。