核裂变核聚变课件.pptx

1、核核反反应应吸收能量吸收能量放出能量核子结合成原子核核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核有些重核分裂成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核第1页/共42页OZABCDEFFe核子平均质量核子平均质量OFe平均结合能平均结合能DEFABCz第2页/共42页 物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做出核能的反应叫做核裂变核裂变一.核裂变1.核裂变第3页/共42页2、铀核的裂变（1）发现1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。（2）裂变产物多种多样U2359

2、2n10+Ba14156Kr9236+n310n2nU105983391451023592 SrXe 235113690192054380U+nXe+Sr+10 n 第4页/共42页;-27Um=390.3139 10kg-27nm=1.674910kg;-27Bam=234.0016 10kg-27krm=152.604710kg 235114192192056360U+nBa+Kr+3 n 2E=mc=201MeV第5页/共42页1kg1kg铀全部裂变，它放出的能量超过铀全部裂变，它放出的能量超过20002000t t优质煤完全燃烧时释放的能量优质煤完全燃烧时释放的能量第6页/共42页3

3、3、链式反应第7页/共42页35种种元元素素的的200多种多种位素位素同同发生链式反应发生链式反应爆爆炸炸第8页/共42页 第9页/共42页中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图第10页/共42页原子弹原子弹 在半径为在半径为400米的米的范围内，沙石被熔化范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状成了黄绿色的玻璃状物质，半径为物质，半径为1600米米的范围内，所有的动的范围内，所有的动物全部死亡。物全部死亡。“原子弹之父原子弹之父”奥本海默奥本海默在核爆观测站里感到在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光漫天奇光异彩，有

4、如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者”第11页/共42页第12页/共42页第13页/共42页第14页/共42页第15页/共42页 第16页/共42页秦山核电站秦山核电站大亚湾核电站大亚湾核电站核电站核电站 我国第一座实验性反应堆是在我国第一座实验性反应堆是在1954年年6月建月建成投入运行的，我国自行设计研制、建造的成投入运行的，我国自行设计研制、建造的秦秦山核电站山核电站已经运行发电了；广东已经运行发电了；广东大亚湾电站大亚湾电站也也已建成，并运行发电了，其发电量可达已建成，并运行发电

5、了，其发电量可达100亿度。亿度。第17页/共42页核反应堆的防护措施：第一道屏障耐高温腐蚀的陶瓷体燃料芯块可以把可以把98%98%以上的裂变产物滞留在芯块内。以上的裂变产物滞留在芯块内。第二道屏障燃料元件包壳由优质的锆合金制成，具有良好的密封性。由优质的锆合金制成，具有良好的密封性。第三道屏障压力壳将燃料棒和一回路的水完全罩住，防止燃料元将燃料棒和一回路的水完全罩住，防止燃料元件包壳少量射线泄漏。件包壳少量射线泄漏。第四道屏障安全壳由由1m多厚的钢筋混凝土制成，整个核反应堆都多厚的钢筋混凝土制成，整个核反应堆都装在安全壳中。装在安全壳中。第18页/共42页核电站放射性气态废物和液态废物的处理

6、：采取贮存衰变等方法进行稀释，再排放到指定的区域。核电站固体废物的处理：先在核电站内专用的废物库暂存，然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水源的放置场永久贮存，一般要存放几百年。第19页/共42页第20页/共42页22311120H+HHe+n23411120H+HHe+n第21页/共42页DTnm=m+m-(m+m)=0.018884u2E=mc=17.59MeV23411120H+HHe+n=0.01884931.5MeV第22页/共42页17.6=3.52+32MeV201235+1第23页/共42页m1015第24页/共42页23411120H+HHe+n第25页/共42页

7、第26页/共42页1964年年10月月16日中国日中国爆炸了第一颗原子弹爆炸了第一颗原子弹1967年年6月月17日中国日中国爆炸了第一颗氢弹爆炸了第一颗氢弹第27页/共42页第28页/共42页太阳太阳是一个巨大的是一个巨大的热核反应堆。热核反应堆。热核反应在宇宙中时时刻刻地进行热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达着，太阳和很多恒星的内部温度高达10107 7 K K以上，因而在那里进行着激烈的热核反以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为阳每秒释放的能量约为3.83.810102626

8、J J，地，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在在“核燃烧核燃烧”的过程中的过程中“体重体重”不断减不断减轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是转化为能量的物质是400400万吨。科学家估万吨。科学家估计，太阳的这种计，太阳的这种“核燃烧核燃烧”还能维持还能维持9090亿亿 100100亿年。当然，与人类历史相比，亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！这个时间很长很长！太太阳阳的中心的中心发生发生核聚核聚变变，放出巨大放出巨大能量，太能量，太阳阳；这个这个天然的的核聚天然的的核聚变过变过程已经发生程已经发生

9、了好了好几几十十亿亿年年第29页/共42页（1 1）轻核聚变产能）轻核聚变产能效率高效率高1.1.聚变与裂变相比的聚变与裂变相比的优点优点：（2 2）地球上聚变燃料的）地球上聚变燃料的储量丰富储量丰富（3 3）轻核聚变）轻核聚变更安全、清洁更安全、清洁（4 4）常见的聚变反应平均每个核子放出常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约的能量约3.3MeV3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV1MeV。1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油,轻核聚变是能源危机的终结者。实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能

10、维持，反应就自动终止了。氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容易处理。第30页/共42页磁约束磁约束 带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力的磁场中会洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。加反应的物质。2.2.实现核聚变的实现核聚变的难点难点：第31页/共42页惯性约束惯性约束 由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在

11、一起发生反应。第32页/共42页23He23 He【分析分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方程即可求出反应释放的核能。质能方程即可求出反应释放的核能。解答：（1）nHeHH10322121（2 2）由题给条件可求得质量亏损为：）由题给条件可求得质量亏损为：m=2.01362(3.0150+1.0087)=0.0035u释放的核能为释放的核能为E=mc2 2=931.50.0035=3.26MeV第33页/共42页 静止在匀强磁场中的 原子核，俘获一个速度为7.7104 m/s 的中子而发生核反应放出粒子后变成一个新原子核，已知中子速度方向与磁场方

12、向垂直，测得粒子速度为：2104m/s，方向与中子速度方向相同，求：（1）生成的新核是什么？写出核反应方程式。（2）生成的新核的速度大小和方向。（3）若粒子与新核间相互作用不计，则二者在磁场中运动轨道半径之比及周期之比各为多少？6 Li3解：（1）写出核反应方程式HeHnLi42311063生成的新核是氚核例2、第34页/共42页HeHnLi42311063（2）由动量守恒定律 mn vn=m v+mH vH vn=7.7104 m/s v=2104m/sV H=(mn vn-m v)/mH=(17.7104-4 2104 )3=-1.0103 m/s方向与中子方向相反（3）由 r=mv/qB

13、 mv/qr:rH=mv/q ：mHvH/qH =（42 2）:（30.1）=40:3 T=2m/qB m/qT:TH=4/2:3/1=2:3第35页/共42页2、铀核的裂变（1）发现1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。（2）裂变产物多种多样U23592n10+Ba14156Kr9236+n310n2nU105983391451023592 SrXe 235113690192054380U+nXe+Sr+10 n 第36页/共42页3 3、链式反应第37页/共42页m1015第38页/共42页23411120H+HHe+n第39页/共42页磁约束磁约束 带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力的磁场中会洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。加反应的物质。2.2.实现核聚变的实现核聚变的难点难点：第40页/共42页惯性约束惯性约束 由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。第41页/共42页感谢您的观赏！第42页/共42页