核裂變與核聚變課件-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第五章

原子核第4節(jié)核裂變與核聚變1.了解核裂變反應(yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。2.知道反應(yīng)堆的工作原理及其類型，知道核電站的工作流程。3.了解核聚變反應(yīng)及條件。關(guān)注受控核聚變反應(yīng)研究的進(jìn)度。4.了解兩類核能應(yīng)用的利弊。

較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉(zhuǎn)化和使用的呢?秦山核電站原子彈

一、核裂變1938年底，德國物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轟擊鈾核的過程中發(fā)現(xiàn)，生成物中有原子序數(shù)為56的元素鋇。

奧地利物理學(xué)家邁特納和弗里施對此做出了解釋，鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊。弗里施借用細(xì)胞分裂的生物學(xué)名詞，把這類核反應(yīng)定名為核裂變。1、定義：重核分裂成質(zhì)量較小的核，并釋放核能的反應(yīng)叫做核裂變。2.鈾核的裂變典型的鈾核裂變反應(yīng)：

用中子轟擊鈾核時，鈾核可能發(fā)生裂變，其產(chǎn)物也是多種多樣的，核裂變中放出中子，數(shù)目有多有少，中子的速度也有快有慢。

鈾核裂變不僅有常見的二分裂，還有發(fā)生概率很低的三分裂和發(fā)生概率極低的四分裂現(xiàn)象。

我國科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦于1947年在實驗中發(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。這一研究成果得到了廣泛的認(rèn)可和贊譽(yù)。3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

當(dāng)一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，這個過程叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．

發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：

鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，

或鈾塊體積大于臨界體積。通常把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量。4.裂變反應(yīng)的能量

鈾核裂變時如果生成物不同，釋放的能量也有差異。

鈾的同位素中鈾235比鈾238更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，如果一個鈾235核裂變時釋放的能量按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變時放出的能量就相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的化學(xué)能！“熱中子（慢中子）”核反應(yīng)堆示意圖

反應(yīng)堆：通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

來釋放核能的裝置。1.核燃料：濃縮鈾2352.減速劑：石墨、重水、普通水，使中子減速，易于捕獲3.控制棒：鎘，吸引中子，控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的快慢

核燃料發(fā)生核裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高。水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應(yīng)堆冷卻。

二、核電站

第一回路中的水被泵壓入反應(yīng)堆，通過堆芯時核心反應(yīng)放出的熱使水的內(nèi)能增加，水溫升高。第一回路的水進(jìn)入交換器，把熱量傳給第二回路的水，然后又被泵壓回反應(yīng)堆。

在熱交換器內(nèi)，第二回路中的水被回?zé)嵘筛邷馗邏赫羝?qū)動汽輪機(jī)運轉(zhuǎn)。核電站工作流程核電站優(yōu)缺點：（1）優(yōu)點：①污染??；②可采儲量大；③比較經(jīng)濟(jì)。（2）缺點：①一旦核泄漏會造成嚴(yán)重的核污染；②核廢料處理困難。核污染的處理：

在反應(yīng)堆外面修建很厚的水泥層，用來屏障裂變反應(yīng)放出的各種射線，核廢料具有很強(qiáng)的放射性。需要裝入特制的容器深埋地下。

三、核聚變1.

核聚變：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變。2.核聚變條件：使原子核間的距離達(dá)到10-15m3.實現(xiàn)的方法：把原子核加熱到溫度達(dá)到幾百萬開爾文當(dāng)物質(zhì)的溫度達(dá)到幾百萬開爾文時，劇烈的熱運動使得一部分原子核具有足夠的動能，可以克服庫侖斥力，碰撞時十分接近，發(fā)生核聚變。因此，核聚變又叫熱核反應(yīng)。4.核聚變應(yīng)用：氫彈5.天然核聚變：太陽的核燃燒6.核聚變的優(yōu)點：①

輕核聚變產(chǎn)能效率高；（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α控S富；③

輕核聚變更為安全、清潔。7.實現(xiàn)可控核聚變的困難：

核聚變需要的溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。8.可控核聚變的兩種方案①磁約束中國科學(xué)院的環(huán)流器裝置（1）磁約束：帶電粒子運動時在均勻磁場中會在洛倫茲力的作用而不飛散，利用磁場約束參加反應(yīng)的物質(zhì)，目前最好的一種磁約束裝置是環(huán)流器。②慣性約束激光或X射線（2）慣性約束：聚變物質(zhì)因自身的慣性，在極短時間內(nèi)來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)，在慣性約束下，用激光從各個方向照射反應(yīng)物，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。1.(多選)關(guān)于重核裂變的說法正確的是(

)A.重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時，重核的中子數(shù)要比裂變后的兩個中等質(zhì)量核的中子數(shù)多B.只要用中子轟擊鈾塊，就一定能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，不能利用裂變時產(chǎn)生的中子D.裂變過程中釋放能量，質(zhì)量虧損AD2.我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽”(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)于聚變的說法正確的是（）A.核聚變比核裂變更為安全、清潔B.任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變C.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加AD3.能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有（）A．是人工核反應(yīng)B．是核裂變反應(yīng)，該反應(yīng)吸收能量C．由于裂變比聚變產(chǎn)能效率高，目前的核電站是利用的裂變，用減速劑把快中子變?yōu)闊嶂凶?，用鎘棒控制反應(yīng)速度D．核聚變溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度，科學(xué)家設(shè)想的解決方案是磁約束和慣性約束D4.關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是(

)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)比裂變反應(yīng)每個核子釋放的平均能量一定大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