5.5 裂變和聚變 課件 【知識(shí)精講精研】高二下學(xué)期物理粵教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

第五章

原子與原子核第五節(jié)

裂變和聚變秦山核電站

思考：核能作為一種新型能源，在人類的發(fā)展過程中所起的作用越來(lái)越重要。核反應(yīng)堆中發(fā)生著怎樣的核反應(yīng)？學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解核裂變和核聚變的概念和原理2.了解核能的應(yīng)用一、核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1938年底，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生了裂變。1.核裂變：鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)定名為核裂變。核能的釋放：由于重核的核子的平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量原子核的核子的平均質(zhì)量，因此，鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能。鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，其他裂變方程還有:

我國(guó)科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦于1947年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鈾核也可能分裂為三部分或四部分，其概率大約是分裂為兩部分的概率的1/300和1/5000。2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。條件：核裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積或核裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量。臨界體積:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積如果1kg鈾全部裂變，它放出的能量就相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)放出的化學(xué)能。=1kg2800t二、核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)討論與交流：

要使輕核發(fā)生核聚變，必須使它們的距離達(dá)到10-15m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫(kù)侖斥力。也就是說(shuō)，原子核要有很大的動(dòng)能才會(huì)“撞”到一起。什么辦法能使大量原子核獲得足夠的動(dòng)能而發(fā)生核聚變呢？（1）把原子核加熱到很高的溫度，使原子核具有很大的動(dòng)能。（2）利用加速器對(duì)原子進(jìn)行加速。核聚變又叫作熱核反應(yīng)受控?zé)岷朔磻?yīng)：熱核反應(yīng)所釋放的巨大能量不是以爆炸的形式釋放，而是在人工控制下逐漸地釋放出來(lái)并加以利用。與核裂變相比，核聚變有很多優(yōu)點(diǎn)。①輕核聚變產(chǎn)能效率高，也就是說(shuō)，相同質(zhì)量的核燃料，反應(yīng)中產(chǎn)生的能量比較多。②地球上核聚變?nèi)剂想碗皟?chǔ)量豐富。③輕核聚變更為安全、清潔。核聚變普遍存在于宇宙中恒星科學(xué)家估計(jì)，太陽(yáng)的這種“核燃燒”還能維持90億~100億年。當(dāng)然，與人類歷史相比，這個(gè)時(shí)間很長(zhǎng)很長(zhǎng)！熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽(yáng)和很多恒星的內(nèi)部溫度高達(dá)1000萬(wàn)以上，因而在那里進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)，不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽(yáng)每秒釋放的能量約為3.8×1026J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽(yáng)在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有7億噸原子核參與碰撞，轉(zhuǎn)化為能量的物質(zhì)是400萬(wàn)噸。太陽(yáng)聚變反應(yīng)三、核能利用1.核反應(yīng)堆：人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置吸收中子、控制反應(yīng)速率慢中子(石墨、輕水、重水)(濃縮鈾)核燃料屏蔽射線，防止放射性污染。2.核電站工作流程核電站優(yōu)點(diǎn)：①消耗的核燃料少②污染小一座百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電站，一年只消耗濃縮鈾30噸左右，而同樣功率的火電站每年要消耗煤250萬(wàn)噸。核電站對(duì)環(huán)境的污染比火電站小。二戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)原子彈突襲廣島和長(zhǎng)崎造成了巨大的毀傷。在長(zhǎng)崎投擲的原子彈爆炸后形成蘑菇狀云團(tuán)，爆炸產(chǎn)生的氣流、煙塵直沖云天，高達(dá)12英里多，長(zhǎng)崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡86000人，占全市37%；廣島市區(qū)80%的建筑化為灰燼，64000人喪生，72000人受傷，傷亡總?cè)藬?shù)占全市總?cè)丝诘?3%。核裂變的利用——原子彈核聚變的利用——?dú)鋸椘胀ㄕㄋ帲?35氘、氚爆炸裂變聚變

不可控！1.我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”(如圖)2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億攝氏度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ).下列關(guān)于聚變的說(shuō)法正確的是（）A.核聚變比核裂變更為安全、清潔B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加AD2.裂變反應(yīng)中釋放出的能量來(lái)自于(

)A.核子消失轉(zhuǎn)化為能量B.原子中電子與原子核的電勢(shì)能減小C.入射的中子消失轉(zhuǎn)化為能量D.原子核的比結(jié)合能變大，釋放出能量D3.關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說(shuō)法不正確的是(

)A.鈾棒是核燃料，裂變時(shí)釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能C4.關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說(shuō)法正確的是()A.一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多B.聚變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定比裂變反應(yīng)大C.聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小D.聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應(yīng)后質(zhì)量增大B裂變和聚變核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)定義：少數(shù)重核受粒子打擊，分裂成質(zhì)量較小的核，釋放核能的反應(yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：當(dāng)一個(gè)中子引起一個(gè)重核裂變后，裂