19-6-7重核裂变 轻核聚变

BD
19.7核聚变 19.8粒子和宇宙
学习目标
• 1．了解聚变反应的特点及其条件. • 2．了解可控热核反应及其研究和发展. • 3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量, 如果能加以控制将为人类提供广阔的能源 前景。 • 4、知道宇宙中的粒子。
带着问题先学
• 1、看比结合能曲线（图19.5-3），想一想 为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变 反应释放更多的核能？ • 2、试从微观和宏观两个角度说明核聚变发 生的条件？ 重点 • 3、氢弹爆炸原理是什么？氢弹的构造简介 及其爆炸情况。 • 4、还能通过什么方法实现核聚变？ • 5、重核裂变与氢核聚变对比有什么优点和 重点 缺点？
2．下列说法中正确的是：（ B ） A．聚变反应从外界吸收能量； B．聚变反应向外界放出能量； C．聚变反应可以无条件进行； D．聚变反应必须使核之间距离接近10-15m。
D
• 4．热核反应是一种理想能源的原因是 ( ABC) • A．就平均每一个核子来说，热核反应比 重核裂变时释放的能量多 • B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较 容易处理 • C．热核反应的原料在地球上储量丰富 • D．热核反应的速度容易控制
一、核聚变的利用——氢弹
弹体 普通炸药 铀235 外壳 氘、氚、重 氢化钾等 引爆装置 小 型 原 子 弹
三种炸药：
普通炸药 爆炸 裂变 聚变
1 0
Ｕ235
氘、氚
2 1
H H He核聚变普遍存在于宇宙中，宇宙 中也存在大量的核聚变原料。
地球上科学家的一些可能实现可控 核聚变的设想
• 日英开发出激光核聚变新方法、有人提出 利用点解重水的方法实现低温核聚变
二、可控热核反应——核聚变的利用
可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用 聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的 可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研 究成果。

ΔE= Δmc2=(mu+mn- mBa –mkr-3mn)c2
（2）有一座发电能力为P=1．00×106 kW的核电 站，核能转化为电能的效率为η=40%．假定反应 堆中发生的裂变反应全是本题（1）中的核反应， 已知每次核反应过程中放出的核能 ΔE=2．78×10-11 J，23592U核的质量mU=390×1027 kg．求每年（1年3．15×107 s）消耗的235 U 92 的质量．
必须让轻核的距离非常接近
需要克服极大的库仑斥力
必须让轻核具有很大的动能
如何能使核聚变反应发生呢
（2）宏观的角度：可以将轻核加 热到很高的温度----几百万摄氏度 当物质达到几百万摄氏度以上的高 温时，剧烈的热运动使得一部分原 子核已经具有足够的动能，可以克 服相互之间的库仑斥力，在碰撞时 发生聚变．因此，聚变反应又叫热 核反应．
解： (Pt)/η=KmUΔE k=1.0x103kg
磁场约束
课堂小结
（一）核聚变反应及其条件
1、氢的聚变反应
2、释放的能量：
2 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
3、产生条件：
△E= △mc2 =17.6MeV 微观：原子核接近到10-15 m 宏观：温度达到几百万摄氏度
（二）可控热核反应 1、相对于裂变，聚变有：功率大 、污染小等 2、我国在热核聚变方面的的成就。
下列说法中正确的是 [ D ] A．“原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福α 粒子散射实验判定的 B．天然放射现象的发现揭示了原子核由质子和中子组成 C．中子与质子结合成氘核时吸收能量 D．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径 例 下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是 [ B ] A．3015P→3014Si+0+1e B．21H+31H→42He+10n C．146C→147N+0-1e D．23892U→23490Th+42He

解析：A 错，B 对：29325U 的裂变方程为29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr ＋310n.
C 错，D 对：一个铀核29325U裂变时，释放的能量约为 200 MeV，根据质能方程得质量亏损 Δm＝ΔcE2 ＝200×1036××110.86×2 10－19
kg≈3.6×10－28kg.
(2)由爱因斯坦质能方程，得 ΔE＝Δmc2＝0.193 3×931.5 MeV≈180.06 MeV 【答案】 (1)0.193 3 (2)180.06 MeV
变式训练 1 秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理
的第一座 30 万千瓦压水堆核电站．在一次核反应中一个中子轰 击29325U 变成15346Xe、9308Sr 和若干个中子，已知29325U、15346Xe、9308Sr 的 比结合能分别为 7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，则( )
答案：BD
◆裂变的理解要点 (1)核裂变的特点 ①重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等 质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程． ②重核裂变需要在人工控制的核反应中进行，自然界不会自 发产生，这也是与核衰变的区别之一． ③裂变情形的多样性 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的， 其中两种典型的反应是 29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋310n 29325U＋10n→15349Xe＋9358Sr＋210n
1.6×107K，在此高温下，氢核聚变成氮核的反应不停地进行着， 太阳能就来自于太阳内部__核__聚__变____释放的核能．
2．受控热核反应 (1)聚变的优点：第一：轻核聚变产能效率高．第二：地球 上核聚变燃料的储量丰富．第三：轻核聚变更为安全、清洁．

减速剂
慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、 重水或普通水作慢化剂。
核能的和平利用――核电站
思考：在电站工作过程中，能是如何转化的？ 核能→内能→机械能→电能
课堂小结
1、核裂变 2、核裂变的链式反应 3、核电站
请同学们完成可以课后问题 与练习并预习核聚变
链式反应的条件：（以下条件满足一个即可）
1、裂变物质的体积大于临界体积。 2、裂变物质的质量大于临界质量。
二、核电站：是利用可控链式反应释放出能量发电。核 心设备是核反应堆。
反应堆：核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置。
水泥防护层
控制棒——镉棒 燃料棒—铀棒
燃料：铀棒 控制棒：镉吸收中子。
反应堆示意图
6 核裂变
一、核裂变：重原子核受到中子的轰击分裂 成两个或两个以上中等质量原子核的现象
1938年底，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：
235 92
U+
1 0
n
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2800t优 质煤完全燃烧时释放的能量。
=
裂变的特点：
1、裂变过程中能放出巨大的能量（200MeV） 2、裂变的同时能放出2到3个（或更多）中子 3、裂变的产物不是唯一的
核裂变的链式反应
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。
问题：重核的裂变能够自发的进行吗？
原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大， 如果铀块不够大，中子在铀块通过时，就有可能碰 不到铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续， 只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的 概率打中某个铀核，使链式反应继续进行下去，能 够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体 积。相应的质量叫做临界质量。