物理裂变和链式反应..

物理核裂变的原理有哪些物理核裂变（nuclear fission）是指重原子核分裂成较轻的两个或多个核的过程。

这种现象的发现与研究对于物理学的发展和核能利用具有重要的意义。

以下是物理核裂变的原理及相关的内容。

1. 初级激发：核裂变一般需要一个初级激发事件，例如中子撞击。

在裂变反应堆中，中子通过与原子核碰撞来激活核裂变过程。

2. 裂变链式反应：核裂变发生后，会产生少量的中子，这些中子可以再次激发其他原子核进行裂变，形成一个连锁反应的过程。

3. 能量释放：核裂变是一个高能事件，裂变过程中释放出的能量是巨大的。

根据质能方程（E=mc^2），裂变过程中部分质量转化为能量，并以光子和高速中子的形式释放出来。

这种能量释放是核能利用的基础。

4. 裂变产物：裂变反应产生的核裂变产物通常是两个或多个核，这些裂变产物相对较轻。

其中，产生的中子是维持连锁反应的关键。

5. 反应条件：核裂变反应的发生需要满足一定的条件。

其中，中子能量必须适合，以促使裂变过程发生。

此外，核裂变所需的中子数目要符合裂变链式反应的要求。

6. 裂变产物释放：核裂变过程中的裂变产物是高能的，并常常具有放射性。

这些裂变产物必须被妥善处理，以防止对环境和人类健康造成危害。

7. 反应堆：核裂变可用于核反应堆，其中核燃料经过控制链式反应。

核反应堆的设计和控制需要合理的裂变速率和温度控制，使得核裂变过程能够稳定进行。

8. 可持续性：核裂变能够提供大量的能源，并且燃料可持续。

目前，核裂变燃料主要是铀和钚等放射性物质，未来还有望研发出更高效和更安全的核裂变燃料。

9. 应用：核裂变在核电站中被广泛使用，为人类提供干净的电力。

此外，核裂变还可用于核武器、航天动力和医学放射治疗等领域。

10. 安全问题：核裂变具有较高的能量密度，一方面为其应用提供了巨大优势，另一方面也给安全控制带来挑战。

核裂变反应中释放的放射性物质对环境和人类健康造成潜在风险，因此必须采取严格的安全措施。

5．2 裂变及其应用1。

知道重核裂变能放出能量，并能计算核能的变化．(重点＋难点) 2.了解铀核的裂变特点，知道链式反应．(重点）3．了解裂变反应堆的结构、类型及核电站的工作原理．, [学生用书P69]）一、铀核的裂变1．定义：重核裂变是用中子轰击铀核时发现的,中子轰击铀—235核，使该核变成处于激发态的复核，并分裂成两块质量差不多的新原子核,同时放出几个中子,称为裂变核反应．2．铀核裂变：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，其中一种典型的反应是235U＋1，0n→错误!Ba＋错误!Kr＋3错误!n．92二、链式反应及其条件1．链式反应：铀核裂变时，通常会放出2到3个中子,这些中子可以作为新的“炮弹"轰击其他的铀核，使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做核裂变的链式反应．2．临界体积：能够使铀块发生链式反应的最小体积(或对应的最小质量)称为临界体积(或临界质量)．3．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积或裂变物质的质量大于等于临界质量．1．（1)铀核的裂变是一种天然放射现象．（)（2）铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．（)（3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．（)提示:(1)×（2)√(3）×三、裂变反应堆1．裂变反应堆的基本构造（1)裂变材料(核燃料）:浓缩铀．（2)慢化剂（减速剂）:通常用石墨、重水或普通水．（3）控制棒:用镉或硼钢制成,用来吸收减速后的中子，控制反应强度．（4）反射层:一般用石墨做材料．(5)热交换器：核反应堆中释放的能量大部分转化为热能，利用水循环,产生高温高压的蒸汽，从而推动蒸汽轮机，带动发电机发电．(6）防护层:由金属套、防止中子外逸的水层以及1～2 m厚的钢筋混凝土构成，可有效地防止射线对人体及其他生物体的侵害．2．列变反应堆的常见类型：重水堆，高温气冷堆，快中子增殖反应堆．3．核电站的工作模式：以核反应堆为能源,用它产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，从而进行发电．2．（1)在核反应中，中子的速度越大越容易击中铀核．（）(2）核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．( )(3）核反应堆用过的核废料无毒无害．( )提示:（1）×(2）√(3）×铀核裂变及链式反应［学生用书P70］1．发现：1938年12月，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变,向核能的利用迈出了第一步．2．裂变的解释(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．（2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子,这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．(3)能量：重核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一般来说，每个核子放出的平均能量约为1 MeV，1 kg 铀全部裂变放出的能量相当于2 500 t优质煤燃烧时释放的能量,裂变时能产生几万度的高温．3．铀核裂变的条件（1)铀块的体积大于临界体积．（2）铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个即可．4．裂变过程为什么能放出能量中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定．如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量.错误!U裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：错误!U＋错误!n→错误!Xe ＋错误!Sr＋2错误!n错误!U＋错误!n→错误!Ba＋错误!Kr＋3错误!n在重核裂变过程中,核反应满足电荷数守恒和质量数守恒．但反应前后质量不同,发生了质量亏损，释放出能量．计算一个铀核在上述第二种裂变过程放出的能量．已知m（错误!U)＝235。

《核裂变与链式反应》讲义一、教材版本与章节介绍咱们今天讲的内容来自鲁科版高中物理必修1，在第1章绪论之后，还有关于碰撞与动量守恒等有趣的章节，咱们现在聚焦在第四章原子核里的第五节裂变和聚变中的核裂变与链式反应这部分内容。

这部分内容就像是打开核能神秘大门的一把小钥匙，只要跟着老师我一起，保准你能轻松理解。

二、核裂变是啥玩意儿？同学们，咱们先来说说核裂变。

简单来讲呢，核裂变就是那些很重很重的原子核啊，它们分裂成两个或者好几个质量比较小的核的这么一个反应。

就好比一个超级大的家庭突然分成了好几个小家庭一样。

那这个过程呢，还会释放出能量，这个能量可不得了，咱们给它取了好几个名字，像裂变能、核能或者原子能。

比如说铀核或者钚核这些重核就特别容易发生这种裂变反应。

想象一下，那些原本紧紧抱在一起的重核里面，就像藏着巨大的能量宝藏，一旦发生裂变，就相当于把宝藏释放出来啦。

三、链式反应的神奇之处1、链式反应的概念那什么是链式反应呢？这可就更有趣了。

当一个中子去撞击铀核，让铀核发生裂变的时候啊，这个铀核裂变的同时呢，会放出2到3个中子。

这就好比一个小石子投入平静的湖面，溅起好多小水花一样。

这些放出来的中子如果再去撞击其他的铀核，让其他铀核也发生裂变，然后新裂变的铀核又放出更多的中子，这样一代接一代地继续下去，就像一条锁链一样，一环扣一环，反应就不断地进行下去了，而且还会越来越强烈呢。

这就是链式反应啦。

2、链式反应的条件不过呢，链式反应可不是想发生就能发生的，它是有条件的。

首先啊，发生裂变物质的体积得够大才行，要大于临界体积。

这个临界体积就像是一个门槛，如果裂变物质的体积比这个临界体积小，那链式反应就没法顺利开展啦。

就好比你要办一场超级热闹的派对，场地得足够大才行，如果场地太小，人都挤不进去，派对就热闹不起来了。

还有一个条件呢，就是得有持续不断的中子源。

就像咱们刚刚说的，没有这个中子源，就没有最初去撞击铀核的中子，那整个链式反应就没法开始，就像没有点火的鞭炮，怎么可能炸响呢？四、核反应堆的构成与作用1、核反应堆的组成部分那为了能让核裂变和链式反应乖乖听话，咱们人类发明了核反应堆。

核裂变相关方程式综述核裂变是指重原子核在一定条件下发生分裂的过程，具有广泛的应用和重要的科学意义。

在核裂变过程中，会涉及到一系列与能量转化和守恒相关的方程式。

本文将对核裂变相关方程式进行综述，探讨其基本原理和应用。

一、能量守恒方程式在核裂变过程中，能量守恒是基本的原理之一。

根据质能等效原理，质量和能量之间存在着转换关系，由爱因斯坦提出的质能方程E=mc^2 揭示了质量和能量之间的对应关系。

在核裂变过程中，原子核的质量发生变化，因此能量也会发生变化。

能量守恒方程式可以表达为：E_总 = E_核 + E_剩 + E_产其中，E_总代表裂变反应前后系统的总能量，E_核代表裂变反应产生的核能量，E_剩代表未参与反应的原子核的能量，E_产代表产生的其他形式的能量。

二、裂变反应速率方程式核裂变反应的速率可以通过反应速率方程式来描述。

一般情况下，核裂变反应的速率与裂变产物的浓度成正比。

裂变反应速率方程式可以表达为：r = k[A]其中，r代表裂变反应的速率，k代表反应速率常数，[A]代表裂变产物的浓度。

三、裂变链式反应方程式核裂变通常涉及到链式反应的过程，裂变链式反应方程式可以用来描述链式反应的整个过程。

裂变链式反应可以分为三个阶段：起始阶段、自持阶段和爆炸阶段。

裂变链式反应方程式可以表达为：N = N_0(2^n)其中，N代表裂变链式反应中的反应物或产物的数量，N_0代表起始时的反应物或产物的数量，n代表经过的链式反应的次数。

这一方程式是裂变链式反应的基本特征之一。

四、裂变产物生成速率方程式核裂变产物的生成速率也可以通过方程式来描述。

裂变产物生成速率方程式可以表达为：d[A]/dt = λ[A]其中，d[A]/dt代表裂变产物的生成速率，λ代表裂变产物的衰变常数。

五、裂变反应的截面方程式核裂变反应的截面可以通过方程式来描述。

截面可以看作是衡量核反应发生概率大小的物理量。

裂变反应的截面方程式可以表达为：σ = A/P其中，σ代表裂变反应的截面，A代表裂变的总截面积，P代表入射粒子的流强度。

核物理学中的裂变链反应和自持链式反应在核物理学的广袤领域中，裂变链反应和自持链式反应无疑是极为重要的概念。

它们不仅在理论研究中具有关键地位，更是在能源生产、军事应用等实际领域发挥着巨大作用。

要理解裂变链反应，首先得明白什么是核裂变。

简单来说，核裂变就是一个重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程。

在这个过程中，会释放出大量的能量以及中子。

而裂变链反应，则是指由单个核裂变事件引发的一系列连续的核裂变。

想象一下这样的场景：一个铀-235 原子核吸收了一个中子后发生裂变，释放出能量的同时还产生了几个新的中子。

这些新产生的中子又有可能被其他铀-235 原子核吸收，从而引发新的裂变。

如此一来，一个接一个的原子核发生裂变，就像链条上的环节一样，一环扣一环，形成了裂变链反应。

那么，什么样的条件才能促成裂变链反应的持续进行呢？这就涉及到几个关键因素。

首先是燃料的浓度和质量。

以铀为例，如果铀-235的浓度过低或者燃料的质量太小，那么中子在逃出燃料之前引发新裂变的概率就会大大降低，难以形成持续的链反应。

其次是中子的能量和速度。

只有具有适当能量和速度的中子，才能有效地引发核裂变。

此外，还需要考虑燃料的几何形状和周围的环境等因素。

当裂变链反应能够在没有外部干预的情况下，持续不断地进行下去，就形成了自持链式反应。

自持链式反应是一种非常特殊的状态，它意味着系统能够自我维持，不断地产生能量和新的中子。

自持链式反应在核电站中得到了应用。

在核电站的核反应堆中，通过精心设计和控制，使裂变链反应能够稳定地进行，从而持续产生大量的热能。

这些热能被用来将水加热成蒸汽，驱动涡轮机发电。

然而，要实现安全、稳定的自持链式反应并非易事。

需要严格控制反应堆中的中子数量、燃料浓度、反应速率等参数，以防止反应失控。

一旦出现失控，就可能导致严重的核事故，给人类和环境带来巨大的灾难。

在军事领域，原子弹的爆炸就是基于快速的、不受控制的自持链式反应。

当大量的高浓缩铀或钚在极短的时间内发生裂变，释放出巨大的能量，就会产生极其强大的爆炸威力。

核裂变的机理及链式反应的条件
由于较重的原子核核子平均质量较大，其稳定程度较小，比较容易吸收其他粒子.如当中子打进铀235后，形成一个新的处于激发态的核，由于其中核子的剧烈运动，核子间的距离增大，核子之间的吸引力（核力）迅速减小，不足以克服质子之间的库仑斥力，核就分裂成两部分，产生裂变.一个铀核裂变产生的中子又不断引起其他铀核的裂变，就形成了链式反应.
但维持链式反应要有一定的条件.如果每次裂变放出的中子平均有一个能再度引起裂变反应，或者说一代裂变中子的总数不少于前一代的中子数，链式反应就能维持下去.由于裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被裂变物质中所含的杂质吸收，所以链式反应未必能持续地进行下去.要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质（最好使用纯铀235），还要增大裂变物质的体积，也就是说要维持链式反应就存在一个裂变物质的最小体积，这个体积叫链式反应的临界体积.
参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少，裂变物质达到一定体积(临界体积)时，链式反应就可以持续下去.跟临界体积相对应的裂变物质的质量，叫临界质量.纯铀235的临界体积(球形)，直径只有4.8 cm，相应的临界质量只有1 kg左右.核反应堆，由于堆型的不同，临界质量可以从几千克到几百千克.。

链式反应链式反应：有焰燃烧都存在链式反应。

当某种可燃物受热，它不仅会汽化，而且该可燃物的分子会发生热烈解作用从而产生自由基。

自由基是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分子反应，而使燃烧持续进行下去，这就是燃烧的链式反应。

在物理学中,铀核裂变的假说一经提出，所有的物理实验室立刻沸腾起来了，对这一现象展开了紧张的研究。

在不到一年的时间内，所发表的有关核裂变的科学论文，总共达一百多篇，这在物理史上是没有前例的。

在很短的时期内，不但搞清楚了核裂变的基本特性，并且揭示了这一发现的深刻意义。

铀核吸收一个中子以后，按三十多种不同的方式发生裂变，生成的碎片又发生一系列的β衰变，因此，一共产生三十多种元素的近三百种同位素。

难怪费米、伊伦·居里、哈恩等当时第一流的科学家都被这种现象迷惑了那么长的时间。

旁图所示是铀235裂变碎片的质量分布曲线。

从图中可以清楚地看到，分布曲线有两个峰，一个在质量数95附近，一个在质量数138附近。

双峰曲线表示，铀核裂变时，绝大部分是不对称裂变，对称裂变的几率是很小的(质量数118附近)。

这种不对称裂变，在裂变现象发现后不久就通过各种实验方法得到确证，但是在核理论已经取得巨大进展的今天，这种不对称裂变的原因，依然是一个谜。

铀核裂变时，分裂成两个碎片的情况是最常见的，也曾Array观察到分裂成三个(甚至四个)碎片的情况，不过发生的几率很小，只有千分之几。

这种所谓“三裂变”现象，是我国著名核物理学家钱三强、何泽慧夫妇于1946年首先发现的。

三裂变的几率虽然很小，但由于它能更清楚地说明裂变机制，所以目前仍在对它进行研究。

核裂变所生成的碎片一般都是中子过剩的，它们以发射电子(β衰变)的方式逐渐将过剩的中子转变成质子，即通过一连串的β衰变而到达稳定状态。

由于这个缘故，大多数裂变产物通常都是β放射性同位素。

为什么核裂变产生的碎片通常是中链式反应子过剩的呢？为什么不是缺少中子或中子数与质子数正合适呢？我们知道，原子核是由质子和中子(统称核子)组成的。