《重核裂變與輕核聚變》參考課件

重核裂變和輕核聚變復(fù)習(xí):1、完成以下的核反響方程式：2、核反響遵循的根本規(guī)律：質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒3、核反響的能量來(lái)源分析：

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出,物體的能量荷質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系.4、質(zhì)量虧損：組成核的核子總質(zhì)量和原子核的質(zhì)量之差Δm5、質(zhì)能方程：E＝m

c2

ΔE＝Δm

c2一.利用核能的途徑要質(zhì)量有虧損，是利用核能的先決條件。核反響前物質(zhì)的核子數(shù)和反響后的核子數(shù)有什么關(guān)系？相等

要實(shí)現(xiàn)“反響后的質(zhì)量＜反響前的質(zhì)量”，如果我們引進(jìn)“核子平均質(zhì)量”，那么核反響前核子平均質(zhì)量和反響后的核子平均質(zhì)量有什么關(guān)系？較大

科學(xué)家們經(jīng)過(guò)定量研究，發(fā)現(xiàn)組成各種元素的核子平均質(zhì)量不盡相同，而且已經(jīng)得出各種元素的核子平均質(zhì)量曲線(xiàn)針對(duì)這個(gè)曲線(xiàn)觀察一下，并總結(jié)：a、誰(shuí)的平均質(zhì)量最??？b、怎樣才能獲得質(zhì)量虧損的核反響？c、哪一類(lèi)核反響的質(zhì)虧損比較“快”？a、Fe的平均質(zhì)量最?。籦、重核裂變；c、輕核聚變。結(jié)論：利用核能的兩大途徑：輕核聚變和重核裂變重核裂變重核俘獲一個(gè)中子后分裂為幾個(gè)中等質(zhì)量的核的反響過(guò)程.在裂變的同時(shí)要放出幾個(gè)中子和大量的核能。二.重核裂變-----以鈾核的裂變?yōu)槔?〕一種典型的鈾核裂變

裂變產(chǎn)物不是唯一確定的，有時(shí)還會(huì)發(fā)生三分裂和四分裂。我國(guó)物理學(xué)家錢(qián)三強(qiáng)、何澤慧夫婦1946年在巴黎首次發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂。但是，鈾的的三分裂和四分裂概率是相當(dāng)小的.介紹Δm=(mu+mn)－(mBa+mKr+3mn)=0.3578×10－27kg計(jì)算“質(zhì)量虧損”：ΔE=ΔmC2=201MeV1kg鈾完全裂變，釋放的核能為：對(duì)應(yīng)常規(guī)能源：合2.51×106kg〔即2510噸〕煤炭燃燒〔2〕鏈?zhǔn)椒错懀衡櫤肆炎儠r(shí)放出幾個(gè)中子，再引起其他鈾核裂變而使裂變反響不斷進(jìn)行下去稱(chēng)為鏈?zhǔn)椒错?。鏈?zhǔn)椒错懙氖疽鈭D：(3)重核裂變的應(yīng)用核電站核心設(shè)施：核反響堆濃縮鈾制成的鈾棒減速劑：石墨、重水或普通水，用于減小中子的速度控制棒：鎘，用于吸收中子，控制核反響的快慢。原子彈：不可控的核反響原子彈爆炸時(shí)的蘑菇云“小男孩”〔前〕和“胖子”三、輕核聚變某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反響過(guò)程，同時(shí)放出大量的核能。例：1、輕核聚變的條件：核子要距離十分近加熱高溫?zé)岷朔错憥装偃f(wàn)度高溫計(jì)算說(shuō)明，這個(gè)核反響釋放的能量是17.6MeV。這個(gè)量值雖然比一個(gè)鈾核裂變產(chǎn)生的能量〔201MeV〕少，但平均每個(gè)核子產(chǎn)生的能量=3.52MeV卻是鈾裂變〔=0.852MeV〕的約4倍。條件、應(yīng)用使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離十分接近，到達(dá)10-15m的距離。為了克服巨大的庫(kù)侖力，需要使原子核有極大的動(dòng)能。一般的方法是把它們加熱到很高的溫度。通常需要幾百萬(wàn)度以上的高溫。例如：氫彈是利用核聚變?cè)碇圃斓拇笠?guī)模殺傷性武器為了獲取高熱，常常使用重核裂變作為“引子”。所以，原子彈可以作為氫彈的“雷管”。氫彈世界第一顆氫彈——麥克“麥克”爆炸成功我國(guó)第一顆氫彈爆炸生成的蘑菇云四、熱核反響1.學(xué)生閱讀解決——(1)什么是熱核反響(2)太陽(yáng)的能源來(lái)自熱核反響(3)什么是可控?zé)岷朔错?4)氘核,氚核的來(lái)源2、熱核反響的優(yōu)點(diǎn)：〔1〕熱核反響釋放的能量比裂變大得多?！?〕反響后的廢物較易處理?！?〕原料易得。例題1.兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子可以結(jié)合成一個(gè)氦核,中子的質(zhì)量是1.008665u,質(zhì)子的質(zhì)量是1.007276u,氦核的質(zhì)量是4.0026u,求此核反響的質(zhì)量虧損和結(jié)合能,(1u=1.66×10-27千克,c=3×108米／秒)解：△m＝0.029282u

△E＝△mc2=931.5×0.029282=27.3MeV或△E＝△mc2

＝0.029282×1.66×10-27×(3×108)2

＝4.37×10－12J＝27.3MeV例1、已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u

核的質(zhì)量為3.0150u。求：（1）寫(xiě)出兩個(gè)氘核聚變成的核反應(yīng)方程式（2）計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能。23He23He【分析】算出核反響中的質(zhì)量虧損，利用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程即可求出反響釋放的核能。解答：〔1〕〔2〕由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u∴釋放的核能為ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV1994年全國(guó)2.一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)α粒子，鈾核的質(zhì)量為3.853131×10-25kg，釷核質(zhì)量為3.786567×10-25kg，α粒子的質(zhì)量為6.64672×10-27kg，在這個(gè)衰變過(guò)程中釋放出來(lái)的能量等于J〔保存兩位二位數(shù)字〕8.7×10-133.中子質(zhì)量為1.0087u，質(zhì)子質(zhì)量為1.0073u，氘核的質(zhì)量為2.0136u，中子和質(zhì)子結(jié)合為氘核時(shí)釋放的能量為J。〔1989年全國(guó)〕3.7×10-132000年高考試題4.裂變反應(yīng)是目前利用中常用的反應(yīng)，以原子核為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為

反應(yīng)方程下方的數(shù)字為中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量（以原子質(zhì)量單位u為單位）。已知1u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為9.3×102MeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是

________________MeV。235.04391.008793.9154138.9178235U92

92038540

235U+1n→

94

Sr+139Xe+31

n235U92解：Δm=0.1933u

ΔE=931.5×0.1933=1.8×102MeV1.8×1022002年廣東高考5.如下一系列核反響是在恒星內(nèi)部發(fā)生的，其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e+為正電子，ν為一種中微子。質(zhì)子的質(zhì)量為mp=1.672648×10-27kg，α粒子的質(zhì)量為mα=6.644929×10-27kg，正電子的質(zhì)量為me=9.11×10-31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)。真空中的光速c=3×108m/s。試計(jì)算該系列核反響完成后釋放的能量。