《重核裂变与轻核聚变》参考课件讲课教案

第五章原子核
第4节核裂变与核聚变
学习目标
1.知道重核的裂变和链式反应 2.会计算核裂变释放的能量 3.了解原子弹的原理 4.知道聚变反应的特点 5.了解聚变反应的条件
新知探究
知识点 1 核裂变
1．定义：核物理中，把重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多 的新原子核，并放出核能的过程，叫核裂变。
新知探究
故选D。
答案：D
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制 棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些， 吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度， 就能控制核反应的剧烈程度．
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态 钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动 蒸汽机，使发电机发电． 发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护 层可以防止射线辐射到外面．
知识点 1 核裂变
2．铀核的典型裂变方程 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其 中一种典型的反应是
新知探究
知识点 1 核裂变
3．链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他 重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反 应．
新知探究
知识点 1 核裂变
Kr
3
1 0
n
是核裂变反应，该反应吸收能量
C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，
用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温

的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37%。
新知讲解
一、核裂变的发现
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
新知讲解
一、核裂变的发现
核袭击的防护
1.核爆炸瞬时效应防护
（1）利用工事进行掩蔽。
（2）在开阔地面上的人员，发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减
轻伤害。
2.放射性沾染防护
（1）避开在沾染区或高照射量率的地区行动。
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
课堂练习
3．关于核聚变，以下说法正确的是（ A ）
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－10 m以内，
氦核的质量：mα=4.002603u ∆ = .
中子的质量：mn=1.008665u
新知讲解
三、核聚变
2.发生聚变的条件：使原子核间的距离达到10-15m。
（原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）
实现的方法有：
1.用加速器加速原子核； （不经济）
2.把原子核加热到很高的温度
（108～109K）；
“全新的核反应”图像：
“可以想象，当重核被中子轰击时，该核可能
分裂成几大块，这些裂片无疑将是已知元素的同位
素，而不是被辐照元素的近邻。”
然而，诺达克的论文没有得到重视。
新知讲解
一、核裂变的发现
发现“超铀元
素”？
费米认为：石蜡或水中的质子与中子的
质量相近，放射源发射的中子与质子碰撞后，
速度大大减慢。中子速度低，被原子核俘获

29325U＋10n―→9326Kr＋15461Ba＋310n.
核裂变的同时放出几个中子，并释放出 大量核能．反应中有时出现三分裂现象（1947 年钱三强、何泽慧发现）
重核分解成中等质量的核要放能
4
请计算铀裂变时释放的能量
已知铀核裂变的反应：
U 235
92
01n15464Ba 38６9Kr
301n
A．这种装置中发生核反应的方程式是12H＋13H→24He＋210n
B．由核反应过程质量守恒可知 m1＋m2＝m3＋m4 C．核反应释放的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应 原理相同
【答案C】
23
例
4．
238 92
U
发生衰变后变成
234 90
Th，把静止的
普通炸药
小 型
普通炸药
爆炸
铀235 外壳
原
子 Ｕ235
弹
裂变
氘、氚、重 氢化钾等
氘、氚 聚变
引爆装置
7、氢弹原理
19
20
例 1 现有 5 个核反应：
A.21H＋31H→42He＋10n
B.29325U＋10n→X＋3984Sr＋210n
C.2114Na→1224Mg＋－01e
D.28280Ra→21866Rn＋42He
第三章
原子核
第五、六节：核裂变 核聚变
1
回顾：
1、比结合能越大，表示原子核中核子结合得越 牢固，原子具有的能量越低，原子核越稳定。
轻核结合成中等质量的核要放能，这个过程叫聚变 重核分解成中等质量的核要放能，这个过程叫裂变
2、释放能量的计算：ΔE=Δm·c2 1u=931.5MeV

核医学
展示核医学在诊断和治 疗疾病方面的应用的图
片。
核科学研究设施
展示用于核科学研究的 大型实验设施及其实验
过程的图片。
05 核能利用现状、 问题与挑战
当前能利用现状分析
全球核能发电量占比
核能发电在全球能源供应中占据重要地位，尤其在发达国 家，核能发电占比相对较高。
核能技术应用领域
除了发电，核能还在医疗、工业、农业等领域得到广泛应 用，如放射性同位素在医学诊断和治疗中的应用。
清洁能源
与裂变反应产生的放射性废料不同，核聚变的产物不会对环境造成长期污染。因此，核聚变被认为是一种清洁、 安全、可持续的能源来源。通过可控核聚变技术，人类有望在未来实现能源的自由利用，解决能源危机问题。
04 核裂变与核聚变 图片展示
实验室中核裂变实验装置图片
粒子加速器
用于加速中子或质子等粒子，以引发 核裂变反应。
爆炸过程
氢弹爆炸时，首先由裂变反应产生的高温高压引发聚变反应。在极短的时间内，大量氢核发生聚变， 释放出巨大的能量和中子。这些中子又会引发更多的裂变和聚变反应，形成连锁反应，使爆炸威力急 剧增加。
可控核聚变技术挑战
01 02
高温高压环境
实现可控核聚变需要创造极高的温度和压力环境，以克服库仑斥力，使 轻核接近到足够近的距离发生聚变反应。目前的技术手段还难以长时间 稳定地维持这种极端环境。
裂变产物与放射性污染
裂变产物
裂变产生的中等质量核素，具有放射 性。
放射性污染
裂变产物释放出的放射性物质对环境 造成的污染。包括α、β、γ射线等， 对人体和环境都有危害。需要采取严 格的防护措施来减少放射性污染的影 响。
03 核聚变反应过程 及条件

现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，不是任意两个原子核都能发生
核聚变，B错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能
量，根据E＝mc2可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，
C错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质
量减少，核子的比结合能增加，D正确。
1个U235发生裂变亏损质量：
Δm = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn)= 0.3578×10－27kg
1个U235发生裂变释放的能量：ΔE= ∆ = ∆ × . =200.55MeV
1kg铀中含有的铀核数为：
N
1000
1000
NA
6.02 10 23 2.562 10 24
【例题4】一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一
个γ光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量
为h，真空中的光速为c。下列说法中正确的是（ A ）
A.这个反应的核反应方程是 21H＋31H→42He＋10n＋γ
B.这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应
2
1
H 21 H 31 H 11 H
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用。由于
原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也就是说，
原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动
能而发生核聚变呢？
⑴用加速器加速原子核
利用磁场来约束参加反应的物质。
托卡马克装置
中国科学院的环流器装置
⑵惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散

样的，其中两种典型的反应是 U＋ → Ba＋ Kr
＋
； U＋
→
Xe＋ 239S52r＋ 10n
.
144 56
89 36
301n
235 92
10n
136 54
90 38
1010n
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2.链式反应
由重核裂变产生的 中子 使裂变反应一代接一代继续下去 的过程，叫做核裂变的链式反应.
3.链式反应的条件
答案 24.78 MeV
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(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒 减少的质量为多少千克？ (mp＝1.007 3 u，mHe＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u)
解析 由质能方程ΔE＝Δmc2得每秒减少的质量
Δm＝ 答案
Δc4E2.2＝×313.80××9 1k10g08226
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要点提炼
铀核裂变释放核能的计算
1.首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm.
2.根据
计算释放的核能
计算时注ΔE意＝ΔΔmm与c2ΔE单位的对应关系，若Δm用kg做单
位，ΔE用J做单位；Δm用u做单位，ΔE用MeV做单位
，1 u相当于931.5 MeV的能量.
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3.若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先 算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块裂变释放的 核能E＝ .
变可能的一个反应方程
＋________
，
23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr
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并计算1 kg铀核裂变放出的能量是______ J.(结果保留 两位有效数字 ， 235U、141Ba、92Kr和中子的质量分别为 235.049 3 u,140.99123 9 5u6 ,91.83967 3 u,1.008 7 u，1 u＝ 1.66×10－27 kg)

(1)铀块的体积大于或等于临界体积。 (2)有足够浓度的铀235。 (3)有足够数量的慢中子。
4.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
二、反应堆与核电站
1.核反应堆：人工控制链式反应的装置
2.核电站
屏蔽射线防止放射性污染
课堂练习： 2、(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是( ) A. 铀棒是核燃料,裂变时释放核能 B. 镉棒的作用是控制反应堆的功率 C. 石墨的作用是吸收中子 D. 冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
解析： （1）聚变方程：
11H + 2 01n → 31H
(2)质量亏损Δm=mH+2mn-mT=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0)u=0.0067 u,
释放的核能ΔE=Δmc2=0.006 7×931.5 MeV=6.24 MeV。
(3)平均每个核子放出的能量为
6.24 MeV=2.08 MeV。 3
①磁约束
中国科学院的环流器装置
（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。
2023年我国全超导托卡马克核聚变实验装置——东方超环创造了运行403秒新的世界纪录
②惯性约束
激光或X射线
（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 方向照射反应物，使它们“挤”在一起 发生反应。
4.两种核反应的比较
核裂变：一个重核
两个质量中等的原子核
U 235
92
+
01n
→
144 56

国际原子能机构
负责监督各国履行《不扩散核武器条 约》的情况，促进和平利用核能。
核供应国集团
通过出口管制等措施，防止敏感核材 料和技术的扩散。
全球核裁军进程
各国在联合国等国际组织框架下，推 动全球核裁军进程，减少核武器数量， 降低核战争风险。
06
重核裂变在其他领 域应用
医学诊断和治疗技术
1 2
放射性同位素示踪技术 利用重核裂变产生的放射性同位素，通过追踪其 在生物体内的分布和代谢过程，用于疾病的诊断 和治疗。
与理论模型的比较
将实验结果与理论模型进行比较，验证理论 模型的正确性和适用性。
04
重核裂变在能源领 域应用
核电站工作变释放的能量，通过核 反应堆中的链式反应产生热能，再 将热能转换为电能。
核电站类型
根据反应堆中冷却剂和慢化剂的不 同，核电站可分为轻水堆、重水堆、 石墨气冷堆等类型。
命、高能量密度等优点。
辐射加工
利用重核裂变产生的放射性射线对 物质进行辐照处理，改变其物理和 化学性质，用于材料改性、消毒杀 菌等领域。
核能发电
利用重核裂变产生的巨大能量，通 过核反应堆转换成热能，再转换成 电能供给人类使用。
科学研究和新材料探索
核物理实验 重核裂变是研究原子核结构和性质的重要手段之一，通过 对裂变产物的测量和分析，可以深入了解原子核的内部结 构和相互作用机制。
测器。
加速器
提供高能粒子束，用于轰击重核 并引发裂变反应。
靶材料
选用富含重核的靶材料，如铀、 钚等。
探测器
用于记录裂变碎片的能量、角度 和位置等信息，常用的有闪烁体
探测器、半导体探测器等。
数据获取与处理
数据采集

2、临界体积：能够发生链式反应的最小体积。
思考：原子核的链式反应过程是吸热还是放热？
235 92
U+
1 0
n
→15461Ba
+
92 36
Kr
+310
n
比结合能（Mev）
中等大小的核的比结 合能最大
阅读教材P81
核子数
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优 质煤完全燃烧时释放的能量．
核电站
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核；
２、把原子核加热到很高的温度； 108～109K
说明：热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量， 靠自身产生的热就会使反应继续下去。
核聚变的利用——氢弹
弹体
普通炸药
小 型
铀235
原
子
外壳
弹
氘、氚、重 氢化钾等
引爆装置
二、聚变：质量较小的核结合成质量较大的核的过程
2 1
H
31H42
He01n
思考：聚变过程是吸热还是放热？
比结核能（Mev）
核子数
235 92
U+
1 0
n
→15461Ba
+
92 36
Kr+310
n
核子平均质量
2 1
H31H42
He
01n
反应后了现质量亏损
见白导P38T9
发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到10-15m
第六节《重核的裂变》 第七节《轻核的聚变》
一、裂变：质量较大的核分裂成质量较小பைடு நூலகம்核的过程
〓
裂变
二、聚变：质量较小的核结合成质量较大的核的过程

2
核裂变的过程
探索核裂变是如何发生的，涉及的粒子和能量变化。
3
核裂变的应用
• 核电站：解释核裂变在发电领域的应用和优势。 • 核武器：了解核裂变在军事领域的应用和影响。
核聚变
1
核聚变的定义
深入研究核聚变的定义和基本原理。
2
核聚变的过程
探索核聚变是如何发生的，涉及的粒子和能量变化。
3
核聚变的应用
• 恒星：揭示恒星中核聚变反应的重要性。 • 未来能源：探讨核聚变在未来能源发展中的前景。
核裂变和核Байду номын сангаас变的比较
能量输出比较
比较核裂变和核聚变反应产生 的能量量级。
条件要求比较
比较实现核裂变和核聚变所需 的条件和技术难度。
安全性比较
探讨核裂变和核聚变反应的安 全性和可能的风险。
结论
核裂变和核聚变的优缺点
总结核裂变和核聚变各自的优势和限制，并讨论其对能源未来的影响。
未来能源方向
展望核裂变和核聚变在未来能源发展中的重要性和前景。
《核裂变和核聚变》PPT课件
让我们一起探索核裂变和核聚变，了解它们的定义、过程、应用以及比较。 这是一场充满能量的旅程！
概述
1 核裂变和核聚变是什么？
探索核裂变和核聚变的基本概念和意义。
2 区别和联系
了解核裂变和核聚变之间的关系，并探索它 们在能源领域的作用。
核裂变
1
核裂变的定义
深入研究核裂变的定义和基本原理。