高二物理 選修3-5 19.6 核裂變與核聚變

) (9536138561023592KrBanU) (102121nHH) (2228622688RnRa) (01146eC復習復習:1、完成下列的核反應方程式：、完成下列的核反應方程式：n103He32He42N1472 2、核反應遵循的基本規(guī)律：、核反應遵循的基本規(guī)律：質量數(shù)和電荷數(shù)都守恒質量數(shù)和電荷數(shù)都守恒3 3、核反應的能量來源分析：、核反應的能量來源分析： 愛因斯坦的相對論指出愛因斯坦的相對論指出, ,物體的能量荷質量物體的能量荷質量之間存在著密切的聯(lián)系之間存在著密切的聯(lián)系. .4 4、質能方程：、質能方程： E Emcmc2 2 E Emcmc2 2一一. .利用核能的途徑利用核能的途徑要質量有虧損，是利用核能的先決條件。要質量有虧損，是利用核能的先決條件。核反應前物質的核子數(shù)和反應后的核子數(shù)核反應前物質的核子數(shù)和反應后的核子數(shù)相等相等。 要實現(xiàn)要實現(xiàn)“反應后的質量反應前的質量反應后的質量反應前的質量”，如果，如果我們引進我們引進“核子平均質量核子平均質量”，則核反應前核子平均，則核反應前核子平均質量比反應后的核子平均質量質量比反應后的核子平均質量較大較大。1938年，德國物理學家哈恩和助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)用年，德國物理學家哈恩和助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)用中子中子 轟擊轟擊 ，竟然產生出了，竟然產生出了 U23592n10Ba14156奧地利物理學家邁特納和弗里施發(fā)現(xiàn)奧地利物理學家邁特納和弗里施發(fā)現(xiàn) 被轟擊后產被轟擊后產生出一種同位素生出一種同位素 ，形狀也變得不穩(wěn)定，并最終分，形狀也變得不穩(wěn)定，并最終分裂為兩塊碎片，同時放出中子裂為兩塊碎片，同時放出中子U23592U23692弗里施覺得這個現(xiàn)象和細胞的分裂比較像，所以把這弗里施覺得這個現(xiàn)象和細胞的分裂比較像，所以把這個核反應命名為個核反應命名為核裂變核裂變二二. .重核裂變重核裂變-以鈾核的裂變?yōu)槔遭櫤说牧炎優(yōu)槔齅eVKrBanU6 .200_+ + + +9292363614114156561 10 02352359292（1 1）一種典型的鈾核裂變）一種典型的鈾核裂變n103 裂變產物不是唯一確定的，有時還會發(fā)生三分裂裂變產物不是唯一確定的，有時還會發(fā)生三分裂和四分裂。我國物理學家錢三強、何澤慧夫婦和四分裂。我國物理學家錢三強、何澤慧夫婦19461946年年在巴黎首次發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂。但是，鈾的在巴黎首次發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂。但是，鈾的的三分裂和四分裂概率是相當小的的三分裂和四分裂概率是相當小的. . 二分裂二分裂10003100003請計算鈾裂變時釋放的能量請計算鈾裂變時釋放的能量kgmu27103139.390kgmn27106749. 1kgmBa27100016.234kgmkr27106047.152求：（求：（1）該核反應釋放的能量）該核反應釋放的能量 （2）平均每個核子釋放的能量）平均每個核子釋放的能量E=200.55MeV1kg 含有含有2.561024個個 ，如果全部發(fā)生核，如果全部發(fā)生核裂變，放出的能量為裂變，放出的能量為8.21013JU23592U23592（2 2）鏈式反應：）鏈式反應：KrBanU9292363614114156561 10 02352359292+ + +n10+3KrBaU9292363614114156562352359292+ +n10發(fā)生鏈式反應的條件：發(fā)生鏈式反應的條件：1、鈾塊的純度必須足夠高；、鈾塊的純度必須足夠高；2、鈾塊的質量大于臨界質量，或者鈾塊的體積大于、鈾塊的質量大于臨界質量，或者鈾塊的體積大于臨界體積。臨界體積。一塊鈾會不會因為不知道從哪兒飛來的一塊中子就引一塊鈾會不會因為不知道從哪兒飛來的一塊中子就引發(fā)鏈式反應呢發(fā)鏈式反應呢大約大約1kg或直徑或直徑4.8cm的球形鈾塊的球形鈾塊(3)(3)重核裂變的應用重核裂變的應用核電站核電站核心設施：核反應堆核心設施：核反應堆 濃縮鈾制成的鈾棒濃縮鈾制成的鈾棒減速劑：減速劑：石墨、重水或普通水，用于減石墨、重水或普通水，用于減小中子的速度小中子的速度控制棒：鎘，用于控制棒：鎘，用于 吸收中子，控制吸收中子，控制核反應的快慢。核反應的快慢。原子彈：原子彈： 不可控的核反應不可控的核反應原子彈爆炸時的蘑菇云原子彈爆炸時的蘑菇云“小男孩小男孩”（前）和（前）和“胖子胖子”三、輕核聚變三、輕核聚變 某些輕核結合成質量較大的核的核反應過某些輕核結合成質量較大的核的核反應過程，同時放出大量的核能。程，同時放出大量的核能。 MeVnHeHH6 .1710422131例：例：17.623201235 1計算表明，這個核反應釋放的能量是計算表明，這個核反應釋放的能量是17.6MeV 17.6MeV 。這個。這個量值雖然比一個鈾核裂變產生的能量（量值雖然比一個鈾核裂變產生的能量（201MeV201MeV）少，）少，但平均每個核子產生的能量但平均每個核子產生的能量= 3.52MeV= 3.52MeV卻是鈾裂變（卻是鈾裂變（= 0.852MeV= 0.852MeV）的約）的約4 4倍。倍。1 1、輕核聚變的條件：、輕核聚變的條件：核子要距核子要距離離十分近十分近加熱加熱高溫高溫熱核反應熱核反應幾百萬度幾百萬度高溫高溫條件、應用條件、應用使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離十分接近，達使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離十分接近，達到到1010-15-15m m的距離。的距離。為了克服巨大的庫侖力，需要使原子核有極大的動為了克服巨大的庫侖力，需要使原子核有極大的動能。能。一般的辦法是把它們加熱到很高的溫度。通常需要一般的辦法是把它們加熱到很高的溫度。通常需要幾百萬度以上的高溫。幾百萬度以上的高溫。為了獲取高熱，常常使用重核裂變作為為了獲取高熱，常常使用重核裂變作為“引子引子”。所。所以，原子彈可以作為氫彈的以，原子彈可以作為氫彈的“雷管雷管”。氫彈氫彈世界第一顆氫彈世界第一顆氫彈麥克麥克“麥克麥克”爆炸爆炸成功成功我國第一顆氫彈爆炸生成的蘑菇云我國第一顆氫彈爆炸生成的蘑菇云四、熱核反應四、熱核反應1.1.學生閱讀解決學生閱讀解決(1)(1)什么是熱核反應什么是熱核反應(2)(2)太陽的能源來自熱核反應太陽的能源來自熱核反應(3)(3)什么是可控熱核反應什么是可控熱核反應(4)(4)氘核氘核, ,氚核的來源氚核的來源2 2、 熱核反應的優(yōu)點：熱核反應的優(yōu)點：（1 1）熱核反應釋放的能量比裂變大得多。）熱核反應釋放的能量比裂變大得多。（2 2）反應后的廢物較易處理。）反應后的廢物較易處理。（3 3）原料易得。）原料易得。例例1 1、已知氘核質量為、已知氘核質量為2.0136u2.0136u，中子質量為，中子質量為1.0087u 1.0087u 核的質量為核的質量為3.0150u3.0150u。求：。求：（1 1）寫出兩個氘核聚變成）寫出兩個氘核聚變成 的核反應方程式的核反應方程式（2 2）計算上述核反應中釋放的核能。）計算上述核反應中釋放的核能。23 He23 He【分析分析】算出核反應中的質量虧損，利用愛因斯坦質能方算出核反應中的質量虧損，利用愛因斯坦質能方程即可求出反應釋放的核能。程即可求出反應釋放的核能。解答：解答： （1）nHeHH10322121（2 2）由題給條件可求得質量虧損為：）由題給條件可求得質量虧損為：m=2.01362(3.0150+1.0087)=0.0035u釋放的核能為釋放的核能為E=mc2 2=931.50.0035=3.26MeV