高考物理一輪復(fù)習(xí)課件第五節(jié)核裂變與核聚變

第四節(jié)放射性同位素第五章原子與原子核1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核裂變：比鐵原子核重的一個(gè)重核分裂成兩個(gè)較輕的核時(shí)，釋放出核能的反應(yīng)核聚變：比鐵原子核輕的兩個(gè)輕核聚合成一個(gè)較重的核時(shí)，釋放出核能的反應(yīng)平均結(jié)合能ZOACFEDBFe不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)A的變化聚變裂變?cè)雍说钠骄|(zhì)量與原子序數(shù)之間的關(guān)系核子平均質(zhì)量FDCEFeBAZO裂變聚變1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核裂變:重核分裂成質(zhì)量較小的核，并釋放核能的反應(yīng)。中子多種多樣二分裂質(zhì)量數(shù)守恒，電荷守恒三分裂（

）四分裂（

）...概率：二分裂的二分裂的1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過

條件：每次裂變產(chǎn)生的中子，至少平均有一個(gè)能引發(fā)新的裂變

①保證的純度←提純

②鈾塊的大小

臨界體積:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積相應(yīng)質(zhì)量臨界質(zhì)量1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)如果1kg鈾全部裂變，它放出的能量就相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)放出的化學(xué)能。=1kg2800t1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)二戰(zhàn)時(shí)期，美國原子彈突襲廣島和長崎造成了巨大的毀傷。在長崎投擲的原子彈爆炸后形成蘑菇狀云團(tuán)，爆炸產(chǎn)生的氣流、煙塵直沖云天，高達(dá)12英里多，長崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡86000人，占全市37%；廣島市區(qū)80%建筑化為灰燼，64000人喪生，72000人受傷，傷亡總?cè)藬?shù)占全市總?cè)丝?3%。

1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

中國制造的第一顆原子彈于1964年10月16日在新疆羅布泊爆炸成功。1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

核反應(yīng)堆：人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置(濃縮鈾)核燃料(石墨、輕水、重水)吸收中子、控制反應(yīng)速率慢中子1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)【例1—課本P133】在熱中子反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作慢化劑.中子在重水中可與

核碰撞減速，在石墨中可與

核碰撞減速，上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型.某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對(duì)心正碰，通過計(jì)算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作慢化劑，哪種減速效果更好?重水作慢化劑減速效果更好1.核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核能發(fā)電的基本原理2.核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)核聚變：某些輕核能夠結(jié)合在一起，生成一個(gè)較大的原子核的核反應(yīng)發(fā)生聚變的條件:使原子核間的距離達(dá)到

10-15m以內(nèi)(原子核需要很大的動(dòng)能才會(huì)“撞”在一起)方法:①用加速器加速原子核②原子核加熱到很高的溫度108～109K2.核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)

熱核反應(yīng)：理論上，物質(zhì)達(dá)到幾百萬攝氏度以上的高溫時(shí)，小部分原子核就具有足夠的動(dòng)能，能夠克服相互間的庫侖斥力，在互相碰撞中接近到可以發(fā)生聚變的程度.因此，核聚變又叫作熱核反應(yīng).普通炸藥鈾235氘、氚爆炸裂變聚變釋放核能大陽是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆彈體引爆裝置小型原子彈氘、氚、重氫化鉀等鈾235外殼普通炸藥氫彈結(jié)構(gòu)示意圖2.核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)受控?zé)岷朔磻?yīng)——核聚變的利用熱核反應(yīng)和裂變反應(yīng)相比較，具有許多優(yōu)越性。（1）輕核聚變產(chǎn)能效率高（2）地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富每升水中就含有氘，地球上有億億立方米的水，大約有40萬億噸氘。氚可以利用鋰來制取，地球上鋰儲(chǔ)量有2000億噸。（3）輕核聚變更為安全、清潔高溫不能維持反應(yīng)就能自動(dòng)終止，聚變產(chǎn)生的氦是沒有放射性的。廢物主要是泄露的氚，高速中子、質(zhì)子與其他物質(zhì)反應(yīng)生成的放射性物質(zhì)，比裂變反應(yīng)堆生成的廢物數(shù)量少，容易處理。2.核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)

①難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬開爾文的高溫。②方案：科學(xué)家設(shè)想了兩種方案，即磁約束和慣性約束。磁約束：帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)在均勻磁場(chǎng)中會(huì)在洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場(chǎng)來約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。托卡馬克（環(huán)流器）磁約束裝置2.核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)①難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬開爾文的高溫。②方案：科學(xué)家設(shè)想了兩種方案，即磁約束和慣性約束。慣性約束：由于聚變反應(yīng)的時(shí)間非常短，聚變物質(zhì)因自身的慣性還來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)。在慣性約束下，可以用激光從各個(gè)方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì)，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)慣性約束聚變激光2.核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)

國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃”是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項(xiàng)目之一，建造約需10年，耗資50億美元（1998年值）。ITER裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托克馬克，俗稱“人造太陽”。2003年1月，國務(wù)院批準(zhǔn)我國參加ITER計(jì)劃談判，2006年5月，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，中國ITER談判聯(lián)合小組代表我國政府與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同草簽了ITER計(jì)劃協(xié)定。這七方包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲國家，覆蓋的人口接近全球一半。2.核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)【例2—2016·全國·高考真題】在下列描述的核過程的方程中，屬于α衰變的是_______，屬于β衰變的是_______，屬于裂變的是_______，屬于聚變的是_______．（填正確答案標(biāo)號(hào)）A．

B．C．

D．E．

F．2.核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)

【例3】(全國高考)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為：

，式中X是某種粒子。已知：

和粒子X的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子X是________，該反應(yīng)釋放出的能量為_______MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。半衰期

半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間意義：表示放射性元素衰變快慢的物理量公式：說明：①半衰期是針對(duì)大量的原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律

②不同放射性元素的原子核半衰期差異很大

③每種放射性元素的原子核半衰期是固定的，由原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系衰變前質(zhì)量衰變后質(zhì)量衰變時(shí)間半衰期衰變時(shí)間半衰期衰變前原子數(shù)衰變后原子數(shù)放射性元素衰變曲線半衰期【例4—課本P112】約里奧-居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他