核反应核能与裂变课件.ppt

1、19.6 19.6 核裂变核裂变电子电子原原子子核核在核物理学中，在核物理学中，原子核在其他粒子原子核在其他粒子的轰击下产生新原的轰击下产生新原子核的过程，称为子核的过程，称为核反应核反应. .U23592n10+Ba14456Kr8936+n310 裂变物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做能的反应叫做裂变裂变 用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，使反应一代接一中子又引起了其他铀核的裂变，使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的代继续下去的过程，叫做核裂变的链

2、式反应链式反应 使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的做它的临界体积临界体积，相应的质量叫做，相应的质量叫做临界质量。临界质量。链式反应链式反应MeV2012mcE释放出的能量为：释放出的能量为：kg103578. 027m 裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：能量：能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。量亏损，所以放出能量。 1 kg1 kg铀铀235235全部裂变

3、全部裂变放出的能量相当于放出的能量相当于2 800 t2 800 t标准煤燃烧时释放的标准煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温。能量，裂变时能产生几万度的高温。链式反应的条件链式反应的条件(1)(1)铀块的体积铀块的体积大于临界体积大于临界体积(2)(2)铀块的质量铀块的质量大于临界质量大于临界质量以上两个条件满足一个即可以上两个条件满足一个即可下列核反应中，表示核裂变的是下列核反应中，表示核裂变的是( )( )A.A.2382389292U U 2342349090Th+Th+4 42 2HeHeB.B.14146 6C C 14147 7N+N+0 0-1-1e eC.C.2352

4、359292U+U+1 10 0n n 1411415656Ba+Ba+92923636Kr+3Kr+31 10 0n nD.D.9 94 4Be+Be+4 42 2He He 12126 6C+C+1 10 0n n【解析解析】选选C C. .2382389292U U 2342349090Th+Th+4 42 2HeHe是是衰衰变，变，14146 6C C 14147 7N+N+0 0-1-1e e是是衰变，衰变，9 94 4Be+Be+4 42 2He He 12126 6C+C+1 10 0n n是人工转变，只是人工转变，只有有C C选项是重核裂变选项是重核裂变. .解决能源危机根本途

5、径解决能源危机根本途径核能核能 19421942年费米主持建立了世界上第一个年费米主持建立了世界上第一个“核反核反应堆应堆”，首次通过可控制的链式反应实现了核，首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。能的释放。 二、核电站二、核电站可开发的可开发的核裂变核裂变燃料资源可使用燃料资源可使用上千年。上千年。 核聚变核聚变资源可资源可使用几亿年。使用几亿年。核电站秦山核电站核电站秦山核电站水泥防护层水泥防护层控制棒控制棒镉棒镉棒（吸收中子）（吸收中子）燃料棒燃料棒铀棒铀棒慢化剂慢化剂（速度与热运动速度相当的中子（速度与热运动速度相当的中子最适合引发裂变，称热中子或慢最适合引发裂变，称热中子或慢中子

6、）中子）（常用慢化剂有石墨、重水、和（常用慢化剂有石墨、重水、和普通水）普通水）链式反应的应用链式反应的应用核电站慢中子反应堆核电站慢中子反应堆反应堆工作原理：反应堆工作原理：(1)(1)在核电站中，在核电站中，核反应堆核反应堆是热源，由天是热源，由天然铀或浓缩铀然铀或浓缩铀( (铀铀235235的含量占的含量占2%2%4%)4%)制制成，石墨成，石墨( (重水重水) )为为慢化剂慢化剂，使反应生成的，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀快中子变为慢中子，便于铀235235的吸收，的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围。发生裂变，慢化剂附在铀棒周围。(2)(2)镉棒的作用是吸收中子，控制反应速镉

7、棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫度，所以也叫控制棒控制棒。控制棒插入深一些，。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒的升降，就能使反应堆器自动调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作。安全正常地工作。(3)(3)核反应释放的能量大部分转化为内能，这核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作时通过水、液态钠等作冷却剂冷却剂，在反应堆内外，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸

8、汽机，使发电机发电。发生裂变反应时，会产生一些使发电机发电。发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层水泥防护层可以可以防止射线辐射到外面。防止射线辐射到外面。核电站发电的优点核电站发电的优点(1)(1)消耗的核燃料少消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀一年只消耗浓缩铀30 t30 t左右，而同样功率的火左右，而同样功率的火电站每年要消耗电站每年要消耗250250万吨优质煤。万吨优质煤。(2)(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大可采储量大。(3)(3)对环境的污染对环境

9、的污染要比火力发电要比火力发电小小。关于核反应堆，下列说法正确的是关于核反应堆，下列说法正确的是( )( )A.A.铀棒是核燃料，裂变时释放核能铀棒是核燃料，裂变时释放核能B.B.镉棒的作用是控制反应堆的功率镉棒的作用是控制反应堆的功率C.C.石墨的作用是吸收中子石墨的作用是吸收中子D.D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能热能【标准解答标准解答】选选A A、B B、D.D.铀棒是核燃料，裂变时可放铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故出能量，故A A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制

10、反应堆功率，调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故故B B正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C C错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故应堆冷却，控制温度，故D D正确正确. .现已建成的核电站的能量来自于现已建成的核电站的能量来自于( )( )A.A.天然放射性元素衰变

11、放出的能量天然放射性元素衰变放出的能量B.B.人工放射性同位素放出的能量人工放射性同位素放出的能量C.C.重核裂变放出的能量重核裂变放出的能量D.D.化学反应放出的能量化学反应放出的能量【解析解析】选选C.C.重核在裂变时发生质量重核在裂变时发生质量亏损，释放出大量的核能，目前建成亏损，释放出大量的核能，目前建成的核电站一般都是利用重核的裂变的核电站一般都是利用重核的裂变. .故故C C正确，正确，A A、B B、D D错误错误. .2352359292U U吸收一个慢中子后，分裂成吸收一个慢中子后，分裂成1361365454XeXe和和90903838SrSr，还放出，还放出( )( )A.

12、1A.1个个粒子粒子B.3B.3个中子个中子C.10C.10个中子个中子 D.10D.10个质子个质子【解析解析】选选C.C.设放出的粒子的质量数为设放出的粒子的质量数为x x，电荷数为电荷数为y y，核反应过程满足质量数守恒，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒和电荷数守恒. .由题意可得由题意可得由此判断该核反应放出的一定是中子，由此判断该核反应放出的一定是中子，且个数是且个数是10.10.故故C C正确正确. .235 113690 xx10,925438yy0. ，解得，19.7 19.7 核聚变核聚变1.1.某些轻核能够结合在一起，生成一个较某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子

13、核，这种核反应叫做大的原子核，这种核反应叫做核聚变核聚变。2 2. .从比结合能的图线看，从比结合能的图线看，轻核聚变后比结轻核聚变后比结合能增加合能增加，因此聚变反应是一个，因此聚变反应是一个放能放能反应反应聚变根据所给数据根据所给数据, ,计算下面核反应放出的能量计算下面核反应放出的能量: :nHeHH10423121氘核的质量：氘核的质量：m mD D2.014102u2.014102u氚核的质量：氚核的质量：m mT T3.016050u3.016050u氦核的质量：氦核的质量：m m4.002603u4.002603u中子的质量：中子的质量：m mn n=1.008665u=1.00

14、8665u)(nTDmmmmmu018884. 0MeV5 .93101884. 02mcEMeV59.17E 2 21 1H + H + 3 31 1H H 4 42 2He + He + 1 10 0n+17.6 MeVn+17.6 MeV3.3.聚变发生的条件：聚变发生的条件： 要使轻核聚变，必须要使轻核聚变，必须使轻核接近核力使轻核接近核力发生作用的距离发生作用的距离1010-15-15m m，这要克服电荷，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到

15、几动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温百万开尔文的高温 平均每个核子放出的能量在平均每个核子放出的能量在3MeV3MeV以以上，比裂变反应中平均每个核子放出的上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大能量大3434倍倍聚变反应又叫热核反应聚变反应又叫热核反应核聚变的利用核聚变的利用氢弹氢弹爆炸爆炸裂变裂变三种炸药：三种炸药：普通炸药普通炸药235235氘、氚氘、氚聚变聚变小小型型原原子子弹弹弹体弹体引爆装置引爆装置氘、氚、重氘、氚、重氢化钾等氢化钾等铀铀235235外壳外壳普通炸药普通炸药nHeHH10423121氢弹爆炸形成的磨姑云氢弹爆炸形成的磨姑云核聚变普遍存在于宇宙中核聚变

16、普遍存在于宇宙中热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。1 1、轻核聚变产能效率高、轻核聚变产能效率高2 2、地球上聚变燃料的储量丰富、地球上聚变燃料的储量丰富（每升水中就含有（每升水中就含有0.03g0.03g氘，地球上有氘，地球上有138.6138.6亿亿亿亿立方米的水，大约有立方米的水，大约有4040万亿吨氘。氚可以利用锂万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有来制取，地球上锂储量有20002000亿吨）亿吨）3 3、轻核聚变更为安全、清洁、轻核聚变更为安全、清洁二、受控热核反应二、受控热核反应核聚变的利用核聚变的利用（高温不能维持反应就能

17、自动终止，聚变产生的（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）问题有：问题有：、热核反应的的点火温度很高；、热核反应的的点火温度很高； 、如何约束聚变所需的燃料；、如何约束聚变所需的燃料； 现在的技术还不能控制热核反应。现在的技术还不能控制热核反应。惯性约束惯性约束环流器环流器 可控热核反应将为人类提供巨大的能可控热核反应将为人类提供巨大的能源源, ,和平利用聚变产生的核能是非常吸引和平利用聚变产生的核能是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器中国环流器1 1号号”已取得不少研究成果已取得不少研究成果. .