原子核核裂變

1、第十九章 原子核 第六節(jié) 核裂變?nèi)私贪孢x修3-51原子核核裂變第1頁核反應(yīng)電子原子核 在核物理學(xué)中，原子核在其它粒子轟擊下產(chǎn)生新原子核過程，稱為核反應(yīng)2原子核核裂變第2頁 研究表明：原子核質(zhì)量即使伴隨原子序數(shù)增大而增大，不過二者之間并不成正比關(guān)系，其核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)有如圖關(guān)系：核子平均質(zhì)量是：原子核質(zhì)量核子數(shù)3原子核核裂變第3頁核子平均質(zhì)量平均結(jié)合能核子平均結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)改變z4原子核核裂變第4頁 物理學(xué)中把重核分裂成兩個較輕核時，釋放出核能反應(yīng)叫做核裂變一.核裂變1.核裂變5原子核核裂變第5頁2、鈾核裂變（1）發(fā)覺1939年12月，德國物理學(xué)家哈恩和他助手斯特拉斯曼發(fā)覺，用中子轟擊鈾核

2、時，鈾核發(fā)生了裂變。（2）裂變產(chǎn)物各種多樣+6原子核核裂變第6頁鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（1）定義：由重核裂變產(chǎn)生中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去過程，叫做核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)7原子核核裂變第7頁使裂變物資能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)最小體積叫做它臨界體積，對應(yīng)質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量。8原子核核裂變第8頁35種元素200各種位素同發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)爆炸（2）發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件： 鈾塊質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，或者鈾塊體積大于臨界體積。9原子核核裂變第9頁1kg鈾全部裂變，它放出能量超出t優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時釋放能量10原子核核裂變第10頁 足以維持鏈反應(yīng)正常進(jìn)行裂變材料質(zhì)量叫臨界質(zhì)量(critical mass)。 鈾-235 臨界質(zhì)量約為 1 kg，

3、質(zhì)量超出1 kg 則發(fā)生爆炸。 任何有核反應(yīng)堆國家都不難得到爆炸級裂變材料，原子彈基本設(shè)計又如此簡單，從而為預(yù)防核武器擴(kuò)散帶來了困難。11原子核核裂變第11頁 美國原子彈突襲廣島和長崎造成了巨大毀傷在長崎投擲原子彈爆炸后形成蘑菇狀云團(tuán)，爆炸產(chǎn)生氣流、煙塵直沖云天，高達(dá)12英里多廣島市區(qū)80%建筑化為灰燼，64000人喪生，7人受傷，傷亡總?cè)藬?shù)占全市總?cè)丝?3%長崎市60%建筑物被摧毀，傷亡86000人，占全市37% 原子彈12原子核核裂變第12頁原子彈中國第一顆原子彈爆炸蘑菇云發(fā)展圖13原子核核裂變第13頁處理能源危機(jī)根本路徑核能 可開發(fā)核裂變?nèi)剂腺Y源可使用上千年。二、核電站14原子核核裂變第

4、14頁水泥防護(hù)層控制棒鎘棒燃料棒鈾棒減速劑二、核電站慢中子反應(yīng)堆15原子核核裂變第15頁核電站關(guān)鍵設(shè)施：核反應(yīng)堆 濃縮鈾制成鈾棒減速劑：石墨、重水或普通水，用于減小中子速度控制棒：鎘棒，用于吸收中子， 控制核反應(yīng)快慢。處理能源危機(jī)根本路徑核能?？砷_發(fā)核裂變?nèi)剂腺Y源可使用上千年。核聚變資源可使用幾億年。16原子核核裂變第16頁19. 7 核聚變17原子核核裂變第17頁核子平均質(zhì)量原子序數(shù)合成18原子核核裂變第18頁1 、 輕核聚變 一些輕核能夠結(jié)合在一起，生成一個較大原子核，同時放出大量核能。這種核反應(yīng)叫做聚變。一、核聚變19原子核核裂變第19頁計算下面核聚變放出能量:氘核質(zhì)量：mD2.0141

5、02u氚核質(zhì)量：mT3.016050u氦核質(zhì)量：m4.002603u中子質(zhì)量：mn=1.008665u20原子核核裂變第20頁 計算表明，這個核反應(yīng)釋放能量是17.6MeV 。這個量值即使比一個鈾核裂變產(chǎn)生能量（201MeV）少，但平均每個核子產(chǎn)生能量是鈾裂變（ = 0.852MeV）約4倍。21原子核核裂變第21頁2、發(fā)生聚變條件: 要使原子核間距離到達(dá)10-15m，核力才能大于電磁力3、實(shí)現(xiàn)方法有: 把原子核加熱到很高溫度；怎樣能使輕核含有較大動能呢？ 需要克服極大庫侖斥力，所以必須讓輕核含有很大動能。幾百萬開爾文高溫聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)22原子核核裂變第22頁核聚變利用氫彈三種炸藥：普通

6、炸藥235氘、氚爆炸裂變聚變彈體引爆裝置小型原子彈氘、氚等熱核燃料鈾235外殼普通炸藥23原子核核裂變第23頁世界第一顆氫彈麥克24原子核核裂變第24頁氫彈爆炸形成磨姑云25原子核核裂變第25頁太陽是一個巨大熱核反應(yīng)堆。 熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進(jìn)行著，太陽和很多恒星內(nèi)部溫度高達(dá)107 K以上，因而在那里進(jìn)行著激烈熱核反應(yīng)，不停向外界釋放著巨大能量。太陽每秒釋放能量約為3.81026 J，地球只接收了其中二十億分之一。太陽在“核燃燒”過程中“體重”不停減輕。它每秒有億噸原子核參加碰撞，轉(zhuǎn)化為能量物質(zhì)是400萬噸?？茖W(xué)家預(yù)計，太陽這種“核燃燒”還能維持90億100億年。當(dāng)然，與人類歷史相比，這

7、個時間很長很長！ 太陽中心發(fā)生核聚變，放出巨大能量，太陽；這個天然核聚變過程已經(jīng)發(fā)生了好幾十億年26原子核核裂變第26頁（1）輕核聚變產(chǎn)能效率高1.聚變與裂變相比優(yōu)點(diǎn)：（2）地球上聚變?nèi)剂蟽α控S富（3）輕核聚變更安全、清潔（4）反應(yīng)中放射物質(zhì)處理較輕易相同核燃料釋放能量多。常見聚變反應(yīng)平均每個核子放出能量約3.3MeV，而裂變時平均每個核子釋放能量約為1MeV。 1L海水中大約有0.03g氘，假如發(fā)生聚變，放出能量相當(dāng)于燃燒300L汽油,輕核聚變是能源危機(jī)終止者。 實(shí)現(xiàn)核聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動終止了。 氘和氚聚就反應(yīng)中產(chǎn)生氦是沒有放射性，放射性廢物主要是泄漏氚以及聚變時高速中子、質(zhì)子與其它物質(zhì)反應(yīng)而生成放射性物質(zhì)，比裂變所生成廢物數(shù)量少，輕易處理。 二、受控?zé)岷朔磻?yīng)核聚變利用27原子核核裂變第27頁磁約束 帶電粒子運(yùn)動時在均勻磁場中會洛倫茲力作用而不飛散，所以有可能利用磁場來約束參加反應(yīng)物質(zhì)。2.實(shí)現(xiàn)核聚變難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高溫度。為了處理這個難題，科學(xué)家構(gòu)想了兩種