核裂变与核聚变 PPT

裂变碎片是得到放射性同位素的重要来源。
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(3) 裂变中子
裂变中子可分为瞬发中子和缓发中子。 瞬发中子的能量是连续的，服从麦克斯 韦分布。可以求出其平均能量。
对 252Cf 为 E 2.179 0.025MeV 对 n235U 为 E 1.979 0.029MeV
缓发中子产生于裂变产物的某些β衰变链中。 其数量占全部中子的1％。 可控核裂变的实现取决于缓发中子的控制。
dn(t ) dt
n(t )(keff
1) /
n(t) n(0)e(keff 1)t /
定义反应堆周期
T： T /(k 第31页/共48页
e
ff
1)
一代时间 决定于中子发射时间 1和中子慢化时间 2。
1 2
通常在石墨慢化剂中，
2 0.001s
如果仅考虑瞬发中子，
1 1015 s
据此我们也就可以分可以分热中子核裂变和阈能核裂变两种情况讨论。
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(b) 热中子核裂变
U 以 为23例5 ，可表示为：
Bn(Z, A 1) Eb
n 235U 236U * X Y
由于热中子的能量
Tn 0.0253eV 0
U 所以， 的激23发6能：*
E * Bn Z , A 1
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所以实验发现，很重的核才发生自发裂变。
稳定核： 球形核势能Vsp<椭球形势能Vel；
而当： 球形核势能Vsp>椭球形势能Vel时， 球形核椭球形核裂变
原子核的稳定条件： Vel Vsp>0
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(d) 裂变份额
重核大多数具有 放射性，自发裂变与
衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕

▪ 2. 1 g 铀 235 全部裂变后所释放的能量是多少?(每个铀 235 核裂变可释放 200 MeV 能量,铀235 的摩尔质量是 235 g/mol)
▪ 3. 简述核聚变发生的条件。
▪ 4. 有人认为,原子核内核子距离很近,因此万有引力非常大,所以原子核非常 稳定。请简要评价这一观点。
5.4 核裂变与核聚变
1. 核裂变的发现
核裂变的发现
▪ 核裂变是在1938年被时任德国柏林威廉皇家化学研究所主任的德国化学家 奥托-哈恩与合作者弗里茨-斯特拉斯曼最先确认的。
▪ 在此之前，由于意识到中子不带电荷而较容易越过核势垒与核发生作用， 有些物理学家开始了中子轰击原子核的实验研究。
▪ 意大利物理学家恩 里科・费米在1934年曾发表过用中子轰击铀核并得到一 种半衰期为13 min的放射性产物。
也可以用天然铀。 ▪ 中子减速剂主要是轻水或重水、固态石墨或液态金属，其中重水同时起冷却的作用。 ▪ 链式反应速度（及中子增值速度）的控制是依靠控制棒实现的，控制棒用硼或镉制成，它们
对快中子有很大的吸收截面，通过插入或拔出控制棒来改变反应堆中中子的增值速度。 ▪ 为防止中子的外泄，将堆芯用中子反射层包围起来，中子反射层多用石墨制成。反应中产生
作用的库仑斥力，使原子核之间的距离达到核力能发生作用的范围。要使 大量的轻核具有足够大的动能，意味着需要将它们加热到很高的温度，因 此这类聚变反应又称为热核反应。 ▪ 典型的核聚变：
▪ 氢弹就是利用核聚变的原理制造的。
▪ 两弹元勋，指为氢弹和原子弹的研究做出突出 贡献的人。主要人物有邓稼先、钱三强、赵九 章、钱学森、孙家栋等人。
▪ 1938年，法国的约里奥•居里用中子轰击铀，得到了一种半衰期为3.5 h的 放射性产物。

每升水中就含有 0.03 g 氘，地球上有 138.6 亿亿立方米的水，大约 有 40 万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000 亿吨 （3）轻核聚变更为安全、清洁。
高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废 物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他物质反应生成的发射性物质， 比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理
原子弹
1964年10月16日中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
练习、华能石岛湾高温气冷堆核电站是我国自主研发的世界首座
具有第四代核电特征的核电站。核反应堆是核电站的心脏，它是通
过可控链式核裂变反应来实现核能利用的。一个
U 235
92
原子核在中
子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为，29325U
01 n
5、链式反应 （1）定义：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去 的过程叫链式反应。
（2）链式反应的条件： ①要有足够浓度的铀235 ②要有足够数量的慢中子 ③铀块体积大于或等于临界体积体积或裂变物质的质量大于临界质量
6、裂变反应的能量 一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全
7、实现核聚变的方法
（1）难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。 （2）方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
（1）磁约束：带电粒子运动时在均匀
磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，
利用磁场约束参加反应的物质，目前 最好的一种磁约束装置是环流器。
托卡马克（环流器）磁约束装置
（2）惯性约束：聚变物质因自身的惯 性，在极短时间内来不及扩散就完成了 核反应，在惯性约束下，用激光从各个
部发生的核聚变反应，为人类提供源源不断的清洁能源。其内部发生的

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