苏科版九年级下册物理课件：18.2 核能1.ppt

1、氢弹氢弹 爆炸爆炸 核能核能 1. 核能开发的历史进程核能开发的历史进程 2. 核能与核能利用核能与核能利用 3. 我国的核能事业我国的核能事业 本节教学目的和要求本节教学目的和要求 1. 了解原子核能诞生的社会历史背景。了解原子核能诞生的社会历史背景。 2. 把握原子核电站的发展过程及其各个把握原子核电站的发展过程及其各个 阶段的主要特征。阶段的主要特征。 3. 深入理解核技术的正负效应。深入理解核技术的正负效应。 4. 大体了解太阳能、风能、潮汐能、地大体了解太阳能、风能、潮汐能、地 热能等的开发情况。热能等的开发情况。 一、核能开发的历史进程一、核能开发的历史进程 1. 1919年，英国

2、卢瑟福用年，英国卢瑟福用粒子轰击氮原子粒子轰击氮原子 核，使其嬗变成氧原子。核，使其嬗变成氧原子。 2. 1932年，查得威克发现中子年，查得威克发现中子 3. 1934年，法国约里奥居里夫妇用年，法国约里奥居里夫妇用粒子粒子 轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快 放出正电子蜕变为硅。放出正电子蜕变为硅。 4. 卢瑟福（卢瑟福（1933）和爱因斯坦（）和爱因斯坦（1935）均没）均没 有意识到原子能的实际利用近在眼前。有意识到原子能的实际利用近在眼前。 核能开发的历史进程核能开发的历史进程 1. 1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原年，意大利物理学家费

3、米用中子轰击原 子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂 核能力更强。费米因此获核能力更强。费米因此获38年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。 2. 1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元 素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提 出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程 要放出大量能量。要放出大量能量。 3. 费米提出链式反应概念。费米提出链式反应概念。 4. 1939年年9月月1日，第二次世界大战正式打响日，第二次世界大战正式打响 核能开

4、发的历史进程核能开发的历史进程 1. 1933年，爱因斯坦移居美国年，爱因斯坦移居美国 2. 1938年，费米逃往美国年，费米逃往美国 3. 德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、 哈恩、盖革哈恩、盖革 4. 1933年，匈牙利物理学家齐拉德（年，匈牙利物理学家齐拉德（18981964）已）已 经意识到核能的开发可能用于军事经意识到核能的开发可能用于军事 5. 1935年，建议物理学家暂缓发表研究成果年，建议物理学家暂缓发表研究成果 6. 1939年，玻尔认为核能利用为时尚早年，玻尔认为核能利用为时尚早 7. 1939年，说服美国政府抢在德国之

5、前抓紧研制原子年，说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子 弹。爱因斯坦、萨克斯、罗斯福弹。爱因斯坦、萨克斯、罗斯福 核能开发的历史进程核能开发的历史进程 1. 1940年，美国政府正式大量拨款，启动“曼哈顿工年，美国政府正式大量拨款，启动“曼哈顿工 程”，格罗夫斯将军为行政首脑程”，格罗夫斯将军为行政首脑 2. 1941年年12月月1942年年12月，费米在芝加哥研制原子月，费米在芝加哥研制原子 反应堆反应堆 3. 铀铀235、钚、钚239的提纯的提纯 4. 1943年年1月月1945年年7月。奥本海默在新墨西哥州的月。奥本海默在新墨西哥州的 洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。洛斯阿拉莫斯主持原子弹研

6、制。 5. 7月月16日凌晨日凌晨5时时30分，第一颗铀原子弹试爆成功。分，第一颗铀原子弹试爆成功。 比一千个太阳都亮。比一千个太阳都亮。 6. 曼哈顿工程：动员曼哈顿工程：动员50万人，耗费万人，耗费22亿美元，占用全亿美元，占用全 国三分之一的电力国三分之一的电力 核能开发的历史进程核能开发的历史进程 1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国造年底，盟军的特工小组已经发现德国造 不出原子弹不出原子弹 2. 科学家的犹豫：科学家的犹豫： 继续干吗？缺乏政治和道义上的支持继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 不干吗？不符合现代科学技术的精神不干吗？不符合现代科学技术的精神 好的理由：应该让全

7、人类知道它的威力好的理由：应该让全人类知道它的威力 3. 齐拉德、爱因斯坦的态度齐拉德、爱因斯坦的态度 4. 1945年年8月月6日，铀弹小男孩投到广岛；日，铀弹小男孩投到广岛；8月月9 日，钚弹胖子投在长崎日，钚弹胖子投在长崎 核能开发的历史进程核能开发的历史进程 1. 核军备竞赛：盟国之争核军备竞赛：盟国之争 2. 45年年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹月，斯大林下令抓紧研制原子弹 3. 1949年年8月，苏联成功地进行了核实验月，苏联成功地进行了核实验 4. 1952年年11月月1日，美国试爆第一颗氢弹日，美国试爆第一颗氢弹 5. 1953年年8月，苏联研制氢弹成功月，苏联研制氢弹成功

8、6. 1952年年10月月3日，英国研制成功原子弹日，英国研制成功原子弹 7. 1960年年2月月13日，法国研制成功钚弹日，法国研制成功钚弹 8. 1964年年10月月16日，中国试爆成功原子弹日，中国试爆成功原子弹 1. 1公斤核燃料相当于公斤核燃料相当于2500吨煤吨煤 2. 1954年，苏联建成第一座小型原子能电站；年，苏联建成第一座小型原子能电站； 1956（英国），（英国），1957（美国）（美国） 3. 核电站：成本低、污染小、效率高，但事故核电站：成本低、污染小、效率高，但事故 太可怕太可怕 4. 1986年年4月月26日切尔诺贝利核电站第日切尔诺贝利核电站第4号机组号机组 发

9、生爆炸。人为造成三道安全措施无效发生爆炸。人为造成三道安全措施无效 5. 1979年年3月月28日三里岛核电站二号堆事故，日三里岛核电站二号堆事故， 由于多重安全系统发挥作用，后果不严重由于多重安全系统发挥作用，后果不严重 6. 核聚变核聚变 核能开发的历史进程核能开发的历史进程 核裂变核裂变 二、核能与核能利用二、核能与核能利用 核裂变核裂变(nuclear fission)是大核分裂为小核的过程是大核分裂为小核的过程. 普通的核武器普通的核武器 和核电站都依赖于裂变过程产生的能量和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。 铀铀-235的裂变与核武器的裂变与核武器 35 种种 元元 素素 的的 2

10、00 多种多种 位素位素 同同 发生链反应发生链反应 爆爆 炸炸 2 3 U 235 92 n 1 0 Te 137 52 Zr 97 40 n 1 0 Kr 91 36 U 235 92 n 1 0 Ba 142 56n 1 0 足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临 界质量界质量(critical mass)。 铀铀-235 的临界质量约为的临界质量约为 1 kg，质量超过质量超过1 kg 则发生爆炸。则发生爆炸。 任何有核反应任何有核反应 堆的国家都不难得堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本料，原子弹的基本 设计又

11、如此简单，设计又如此简单， 从而为防止核武器从而为防止核武器 扩散带来了困难。扩散带来了困难。 核反应堆核反应堆 通过受控核裂变反应获得核能的装置通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生可使裂变产生 的中子数等于各种过程消耗的中子数的中子数等于各种过程消耗的中子数, 以形成所谓的自持以形成所谓的自持 链反应链反应(self-sustaining chain reaction)。 前苏联于前苏联于1954建成建成 世界上第一座核电世界上第一座核电 站；至今已有站；至今已有30多多 个国家和地区的个国家和地区的400 多座核电站处在运多座核电站处在运 行之中行之中。 右图列出右图列出 199

12、5年一些国家核年一些国家核 电占各自总电力的电占各自总电力的 百分率百分率。 第二次世界大战结束后，科学家迅速将第二次世界大战结束后，科学家迅速将 原子能的利用转向和平用途。原子能的利用转向和平用途。 核聚变核聚变 核聚变核聚变(nuclear fusion) 由两个或多个轻核聚合形由两个或多个轻核聚合形 成较重核的过程。成较重核的过程。 热核武器热核武器 以聚变反应为基础的核武器以聚变反应为基础的核武器 氢弹就是利用装在其内部氢弹就是利用装在其内部 的一个小型铀原子弹爆炸产生的一个小型铀原子弹爆炸产生 的高温引爆的的高温引爆的。 40 000 000 H 3 1 H 2 1 He 4 2 n

13、 1 0 人工核反应人工核反应 人工核反应是指原子核受中子人工核反应是指原子核受中子、质子质子、粒子粒子、重粒重粒 子子(例如原子核例如原子核 )等轰击而形成新核的核嬗变过程等轰击而形成新核的核嬗变过程(nuclear transmutation) 。 C 12 6 通式为通式为: 式中式中X为靶核，为靶核，a为入射粒子，为入射粒子，Y为产物核，为产物核，b为出为出 射粒子，通常简写为射粒子，通常简写为A1X(a,b)A3Y。 X A1 Z1 a A2 Z2 Y A3 Z3 b A4 Z4 1919年卢瑟夫实现了第一个核嬗变反应年卢瑟夫实现了第一个核嬗变反应: 4 2 14 7 NP+O 1

14、1 17 8 人工核反应的实现人工核反应的实现, 使科学家在实验室合成已使科学家在实验室合成已 知元素的新核素和新的化学元素成为可能知元素的新核素和新的化学元素成为可能 。 185Hf(1992)、208Hg(1992)、 237Th(1993)、239Pa(1995)、 175Er(1996)、235Am(1996)、 135Gd(1996)、121Ce(1997)、 186Hf(1998)、209Hg(1998)、 238Th(1999)、125Nd(1999)、 128Pm(1999)、129Sm(1999)、 139Dy(1999)、139Tb(1999)和和 137Gd(1999)。

15、 我国科学家合成的我国科学家合成的1919种新核素：种新核素： 90Ru(1991)和 和202Pt(1992) 分别由中国原子能科学研究分别由中国原子能科学研究 院（北京）和上海原子核研院（北京）和上海原子核研 究所合成。究所合成。 超铀元素的合成超铀元素的合成 1. 第一个“超铀元素”（第一个“超铀元素”（transuranium elements) 的合成的合成 1940年年 1970年年 2. 第一个“超锕系元素”（第一个“超锕系元素”（transactinide elements) 的合成的合成 合成的困难合成的困难： 随着质子数越来越多，质子间的随着质子数越来越多，质子间的 库仑引

16、力越来越大，原子核也越来越不稳定。库仑引力越来越大，原子核也越来越不稳定。 + + + U 238 92 n 1 0 U 239 92 U 239 92 Np 239 93 1 0 + +4 Cf 249 98 N 15 7 Db 260 105 n 1 0 放射性的应用放射性的应用 射线疗法射线疗法 射线疗法射线疗法( (radiationradiation therapytherapy) )是指用高能射线治疗是指用高能射线治疗 疾病的方法疾病的方法，它是人类战胜癌它是人类战胜癌 症的一种重要武器症的一种重要武器。 32P 60Co 90Sr 125I 131I 14.3 d 5.26 a

17、28.8 a 60.25 d 8.06 d 137Cs 192Ir 198Au 222Ra 226Rn 30 a 74.2 d 2.7 d 3.82 d 1 622 a 辐射源辐射源 半衰期半衰期 辐射源辐射源 半衰期半衰期 三、我国的核能事业三、我国的核能事业 1. 我国用了短短我国用了短短4年时间完成了原子弹的研制工年时间完成了原子弹的研制工 作，并于作，并于1964年年10月月16日成功地爆炸了第一颗日成功地爆炸了第一颗 原子弹。原子弹。 2. 1967年年6月月17日又成功地爆炸了第一颗氢弹，日又成功地爆炸了第一颗氢弹， 完成了其他国家要十几年甚至几十年才完成的完成了其他国家要十几年甚

18、至几十年才完成的 工作工作. 我国我国 第一颗原第一颗原 子弹子弹 我国我国 第一颗氢第一颗氢 弹弹 1. 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 成投入运行的成投入运行的，我国自行设计研制我国自行设计研制、建造的建造的 秦山核电站已经运行发电了；广东大亚湾电秦山核电站已经运行发电了；广东大亚湾电 站第一期工程也已建成站第一期工程也已建成，并运行发电了并运行发电了，全全 部建成后年发电量可达部建成后年发电量可达100亿度亿度。 2. 因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电 站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性站时必须采

19、用可靠的防护措施，防止放射性 物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核 电站的安全运行。我国对核电站的安全非常电站的安全运行。我国对核电站的安全非常 重视，有专门负责安全监督的核安全局，保重视，有专门负责安全监督的核安全局，保 证核能的安全应用。证核能的安全应用。 我国第一座核电站我国第一座核电站浙江秦山核浙江秦山核 电站于电站于 19911991年建成发电。年建成发电。 核电站核电站 浙江秦浙江秦 山核电山核电 站站 广州大亚湾核广州大亚湾核 电站。这是我电站。这是我 国大陆第一座国大陆第一座 大型商用核电大型商用核电 站站 广东岭澳广东岭澳 核电站核电站 思考题思考题 1. 原子核能是在怎样的社会历史背景下诞生原子核能是在怎样的社会历史背景下诞生 的？的？ 2. 核电站的发展有哪几个阶段？各个阶段的核电站的发展有哪几个阶段？各个阶段的 技术特征是什么？技术特征是什么？ 3. 怎样理解核技术的正负效应？怎样理解核技术的正负效应？