重核裂變和鏈式反應(yīng)課件

關(guān)于重核裂變和鏈式反應(yīng)第1頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三核能開發(fā)的歷史進程1.1919年，英國盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，使其嬗變成氧原子。2.1932年，查得威克發(fā)現(xiàn)中子3.1934年，法國約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁，產(chǎn)生了一個磷的同位素，但很快放出正電子蛻變?yōu)楣琛?.盧瑟福（1933）和愛因斯坦（1935）均沒有意識到原子能的實際利用近在眼前。第2頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三核能開發(fā)的歷史進程1.1933年，愛因斯坦移居美國2.1938年，費米逃往美國3.德國尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、勞厄、哈恩、蓋革4.1933年，匈牙利物理學家齊拉德（1898－1964）已經(jīng)意識到核能的開發(fā)可能用于軍事5.1935年，建議物理學家暫緩發(fā)表研究成果6.1939年，玻爾認為核能利用為時尚早7.1939年，愛因斯坦、薩克斯、羅斯福說服美國政府搶在德國之前抓緊研制原子彈。第3頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三核能開發(fā)的歷史進程1.1934年，意大利物理學家費米用中子轟擊原子核，并發(fā)現(xiàn)通過石蠟減速之后的慢中子，裂核能力更強。費米因此獲38年諾貝爾物理獎。2.1938年，德國哈恩發(fā)現(xiàn)鈾嬗變后出現(xiàn)的新元素與鈾相距甚遠。奧地利女物理學家邁特納提出核裂變猜想，以解釋鈾實驗。并稱裂變過程要放出大量能量。3.費米提出鏈式反應(yīng)概念。4.1939年9月1日，第二次世界大戰(zhàn)正式打響第4頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三核能開發(fā)的歷史進程1.1940年，美國政府正式大量撥款，啟動“曼哈頓工程”，格羅夫斯將軍為行政首腦2.1941年12月－1942年12月，費米在芝加哥研制原子反應(yīng)堆3.鈾235、钚239的提純4.1943年1月－1945年7月。奧本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子彈研制。5.7月16日凌晨5時30分，第一顆鈾原子彈試爆成功。比一千個太陽都亮。6.曼哈頓工程：動員50萬人，耗費22億美元，占用全國三分之一的電力第5頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三核能開發(fā)的歷史進程1.1944年底，盟軍的特工小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)德國造不出原子彈2.科學家的猶豫：繼續(xù)干嗎？缺乏政治和道義上的支持不干嗎？不符合現(xiàn)代科學技術(shù)的精神好的理由：應(yīng)該讓全人類知道它的威力3.齊拉德、愛因斯坦的態(tài)度4.1945年8月6日，鈾彈小男孩投到廣島；8月9日，钚彈胖子投在長崎第6頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三核能開發(fā)的歷史進程1.1944年底，盟軍的特工小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)德國造不出原子彈2.科學家的猶豫：繼續(xù)干嗎？缺乏政治和道義上的支持不干嗎？不符合現(xiàn)代科學技術(shù)的精神好的理由：應(yīng)該讓全人類知道它的威力3.齊拉德、愛因斯坦的態(tài)度4.1945年8月6日，鈾彈小男孩投到廣島；8月9日，钚彈胖子投在長崎第7頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三核能開發(fā)的歷史進程1.核軍備競賽：盟國之爭2.1945年8月，斯大林下令抓緊研制原子彈3.1949年8月，蘇聯(lián)成功地進行了核實驗4.1952年11月1日，美國試爆第一顆氫彈5.1953年8月，蘇聯(lián)研制氫彈成功6.1952年10月3日，英國研制成功原子彈7.1960年2月13日，法國研制成功钚彈8.1964年10月16日，中國試爆成功原子彈第8頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1.1公斤核燃料相當于2500噸煤2.1954年，蘇聯(lián)建成第一座小型原子能電站；1956（英國），1957（美國）3.核電站：成本低、污染小、效率高，但事故太可怕4.1986年4月26日切爾諾貝利核電站第4號機組發(fā)生爆炸。人為造成三道安全措施無效5.1979年3月28日三里島核電站二號堆事故，由于多重安全系統(tǒng)發(fā)揮作用，后果不嚴重6.核聚變核能開發(fā)的歷史進程第9頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三一、核能

原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時放出的能量，叫做核能。第10頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三二、裂變(p.43)

什么叫重核裂變？重核在什么情況下才能發(fā)生裂變呢？1938年12月德國科學家用中子轟擊重核鈾時，發(fā)現(xiàn)鈾核的裂變現(xiàn)象。之后，核能利用問題才逐漸被了解清楚，從而使控制和利用原子能成為可能。

重核受到其他粒子（如中子）轟擊時分裂成兩塊或兩塊以上中等質(zhì)量的核的過程稱為裂變。裂變過程中放出中子并釋放大量能量。第11頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三三、鏈式反應(yīng)1、鏈式反應(yīng)(見基礎(chǔ)教材p.44)

重核裂變時放出的中子引起其他重核的裂變，可以使裂變不斷進行下去，這就是鏈式反應(yīng)。第12頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三反應(yīng)的特點：利用一個中子轟擊一個軸核，使軸核發(fā)生裂變，在反應(yīng)中還放出2個中子，中子對未反應(yīng)的軸核再進行轟擊，從而使核反應(yīng)出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，使在短時間內(nèi)出現(xiàn)積累效應(yīng)。第13頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三核裂變

核裂變(nuclearfission)是大核分裂為小核的過程.普通的核武器和核電站都依賴于裂變過程產(chǎn)生的能量。

鈾-235的裂變與核武器35種元素的200多種位素同發(fā)生鏈反應(yīng)爆炸

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＋＋＋3第14頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三2、臨界體積能夠發(fā)生鏈式反應(yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。第15頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三

足以維持鏈反應(yīng)正常進行的裂變材料質(zhì)量叫臨界質(zhì)量(criticalmass)。鈾-235的臨界質(zhì)量約為1kg，質(zhì)量超過1kg則發(fā)生爆炸。

任何有核反應(yīng)堆的國家都不難得到爆炸級的裂變材料，原子彈的基本設(shè)計又如此簡單，從而為防止核武器擴散帶來了困難。第16頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三3、原子彈

p.45第17頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三鄧稼先楊振寧第18頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1964年10月16日中國爆炸了第一顆原子彈。第19頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1967年6月17日中國爆炸了第一顆氫彈。第20頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三悼鄧稼先詞（張愛萍）

踏遍戈壁共草原，二十五年前，連克千重關(guān)，群力奮戰(zhàn)自當先，捷音頻年傳。蔑視核訛詐，華夏創(chuàng)新篇，君視名利如糞土，許身國威壯河山，

功勛澤人間。第21頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三第22頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三第五節(jié)反應(yīng)堆核電站第23頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三一、反應(yīng)堆

用人工的方法控制核裂變鏈式反應(yīng)速度獲得核能的裝置，叫做反應(yīng)堆。反應(yīng)堆主要由核燃料棒、減速劑、控制棒、冷卻系統(tǒng)和防護層等構(gòu)成。

第24頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三

核反應(yīng)堆

通過受控核裂變反應(yīng)獲得核能的裝置，可使裂變產(chǎn)生的中子數(shù)等于各種過程消耗的中子數(shù),以形成所謂的自持鏈反應(yīng)(self-sustainingchainreaction)。第25頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三二、核電站

利用反應(yīng)堆中的核燃料裂變放出的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電廠，叫做核電站。第26頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三

前蘇聯(lián)于1954建成世界上第一座核電站；至今已有30多個國家和地區(qū)的400多座核電站處在運行之中。右圖列出1995年一些國家核電占各自總電力的百分率。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，科學家迅速將原子能的利用轉(zhuǎn)向和平用途。第27頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三三、核電是經(jīng)濟、安全、干凈的能源第28頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三世界第一座核反應(yīng)堆

（天然鈾52噸、高純石墨1000多噸，總重1400噸）第29頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三

我國第一座實驗性反應(yīng)堆是在1954年6月建成投入運行的，我國自行設(shè)計研制、建造的秦山核電站已經(jīng)運行發(fā)電了；廣東大亞灣電站第一期工程也已建成，并運行發(fā)電了，全部建成后年發(fā)電量可達100億度。因為鈾核裂變有放射性污染，因而建設(shè)核電站時必須采用可靠的防護措施，防止放射性物質(zhì)泄漏，避免造成放射性污染，以保證核電站的安全運行。我國對核電站的安全非常重視，有專門負責安全監(jiān)督的核安全局，保證核能的安全應(yīng)用。第30頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三秦山核電站第31頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三第32頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三1960年，美國的德累斯頓沸水堆核電站投入運行，它主要由沸水堆本體、蒸汽給水系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)組成。目前這種類型的核電站所占比例僅次于壓水堆核電站，我國目前沒有這種類型的核電站。1968年，加拿大角坎杜堆核電站運行，它由重水堆本體、一次冷卻回路、二次回路及其它輔助系統(tǒng)組成。目前，這種類型核電站所站比例排在第