1、核裂變與核聚變一、核裂變的發(fā)現(xiàn) 費米出生于意大利羅馬，自幼天資聰慧，1922年21歲時獲得博士學(xué)位，25歲擔(dān)任羅馬大學(xué)理論物理學(xué)教授。 主要貢獻(xiàn)：費米-狄拉克統(tǒng)計、原子核衰變理論、證明元素受中子轟擊發(fā)生嬗變。 費米榮獲1938年諾貝爾物理學(xué)獎。（因發(fā)現(xiàn)用中子轟擊產(chǎn)生的新放射性元素以及原子核吸收慢中子所引起的有關(guān)核反應(yīng)）費米的中子實驗一、核裂變的發(fā)現(xiàn)費米的中子實驗一、核裂變的發(fā)現(xiàn) 費米用中子轟擊當(dāng)時最重的元素238U，得到一種半衰期為13分鐘的一種放射性產(chǎn)物。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)不屬于從鉛到鈾之間的重元素。1934年5月，費米以原子序數(shù)高于92的元素可能生成為題，報道可能產(chǎn)生超鈾元素（費米的解釋是錯誤的

2、，實際上是核裂變現(xiàn)象）。 “13分鐘的放射性與很多重元素等同的否定證據(jù)，提示了這樣的可能性：元素的原子序數(shù)也許大于92。如果它是93號元素，它應(yīng)在化學(xué)上與錳及錸類似?！卑l(fā)現(xiàn)“超鈾元素”？一、核裂變的發(fā)現(xiàn) 德國女化學(xué)家諾達(dá)克（F.Noddack）針對費米的發(fā)現(xiàn)在1934年9月發(fā)表論第93號元素，認(rèn)為費米等人采用“排除其他可能性的方法”來證明第93號元素的存在是“決非成功的”，并設(shè)想一種“全新的核反應(yīng)”圖像： “可以想象，當(dāng)重核被中子轟擊時，該核可能分裂成幾大塊，這些裂片無疑將是已知元素的同位素，而不是被輻照元素的近鄰?！?然而，諾達(dá)克的論文沒有得到重視。發(fā)現(xiàn)“超鈾元素”？一、核裂變的發(fā)現(xiàn) 費米認(rèn)

3、為：石蠟或水中的質(zhì)子與中子的質(zhì)量相近，放射源發(fā)射的中子與質(zhì)子碰撞后，速度大大減慢。中子速度低，被原子核俘獲的機會增大，核反應(yīng)概率增大，發(fā)射性的生成大大增加。 慢中子作用的發(fā)現(xiàn)，大大增強了中子轟擊的效果，對重核裂變的發(fā)現(xiàn)提供了重要前提。發(fā)現(xiàn)“超鈾元素”？一、核裂變的發(fā)現(xiàn)1.核裂變：物理學(xué)中把重核分裂成兩個較輕的核時，釋放出核能的反應(yīng)叫做核裂變。一、核裂變的發(fā)現(xiàn)2.鈾核的裂變 1939年12月，德國物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生了裂變。鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，一種典型的反映是裂變?yōu)殇^和氪，同時放出三個中子，其核反應(yīng)方程是： 1kg鈾235全部裂變時放出的能量就

4、相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的化學(xué)能！一、核裂變的發(fā)現(xiàn)2.鈾核的裂變 （1）定義：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)下去的過程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。一、核裂變的發(fā)現(xiàn)3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng) （2）發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，或者鈾塊的體積大于臨界體積。一、核裂變的發(fā)現(xiàn)3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng) （1）定義：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)下去的過程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。一、核裂變的發(fā)現(xiàn) 原子彈是利用重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)制成的，在極短時間內(nèi)能夠釋放大量核能，發(fā)生猛烈爆炸。 原子彈 試驗中產(chǎn)生了上千萬度的高溫和數(shù)百億個大氣壓，致使一座30米高的鐵塔被熔化為氣體，并在地面上形成

5、一個巨大的彈坑。在半徑為400米的范圍內(nèi)，沙石被熔化成了黃綠色的玻璃狀物質(zhì)，半徑為1600米的范圍內(nèi)，所有的動物全部死亡。 “原子彈之父”奧本海默在核爆觀測站里感到十分震驚，他想起了印度一首古詩：“漫天奇光異彩，有如圣靈逞威，只有一千個太陽，才能與其爭輝。我是死神，我是世界的毀滅者?！币?、核裂變的發(fā)現(xiàn) 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的蘑菇狀云團，爆炸產(chǎn)生的氣流、煙塵直沖云天，高達(dá)12英里多。廣島市區(qū)80%的建筑化為灰燼，64000人喪生，72000人受傷，傷亡總?cè)藬?shù)占全市總?cè)丝诘?3%。長崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡86000人，占全市37%。 原子彈

6、一、核裂變的發(fā)現(xiàn)中國第一顆原子彈爆炸蘑菇云發(fā)展圖原子彈一、核裂變的發(fā)現(xiàn) 1.核爆炸瞬時效應(yīng)防護(hù) （1）利用工事進(jìn)行掩蔽。 （2）在開闊地面上的人員，發(fā)現(xiàn)核爆閃光時，立即背向爆心臥倒，可減輕傷害。 2.放射性沾染防護(hù) （1）避開在沾染區(qū)或高照射量率的地區(qū)行動。 （3）人員通過沾染區(qū)時盡量乘坐車輛，在沾染區(qū)作業(yè)時要盡量縮短時間。 （2）及時穿戴個人防護(hù)器材，防止人體受沾染。 （4）進(jìn)入沾染區(qū)執(zhí)行任務(wù)的人員，可服用抗輻射藥，減少放射性物質(zhì)在人體內(nèi)的存留。核襲擊的防護(hù)二、反應(yīng)堆與核電站 原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)也可以在人工控制下進(jìn)行。這樣，釋放的核能就可以為人類的和平建設(shè)服務(wù)。其實，在第一個原子彈制成以前，科

7、學(xué)家們已經(jīng)實現(xiàn)了核能的可控釋放。 1942年，美籍意大利物理學(xué)家費米就主持建立了世界上第一個稱為“核反應(yīng)堆”的裝置，首次通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實現(xiàn)了核能的釋放。反應(yīng)堆核心設(shè)施：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?？刂瓢簦烘k棒，用于吸收中子， 控制核反應(yīng)的快慢。二、反應(yīng)堆與核電站 第一回路中的水被泵壓入反應(yīng)堆，通過堆芯時核反應(yīng)放出的熱使水的內(nèi)能增加，水溫升高，進(jìn)入熱交換器后，把熱量傳給第二回路的水，然后又被泵壓回反應(yīng)堆里。 在熱交換器內(nèi)，第二回路中的水被加熱生成高溫高壓蒸汽，驅(qū)動汽輪機運轉(zhuǎn)。 建造核電站時需要特別注意防止放射線和放射性物質(zhì)的泄漏，以避免射線對人體的傷害

8、和放射性物質(zhì)對水源、空氣和工作場所造成放射性污染。 為此，在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。核反應(yīng)堆中的核廢料具有很強的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下。二、反應(yīng)堆與核電站三、核聚變1.核聚變：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變。三、核聚變1.核聚變：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變。根據(jù)所給數(shù)據(jù)，計算上面核反應(yīng)放出的能量：氘核的質(zhì)量：mD=2.014102u氚核的質(zhì)量：mT=3.016050u氦核的質(zhì)量：m=4.002603u中子的質(zhì)量：mn=1.008665u三、核聚變2.發(fā)生聚變的條件：使原子核間的距離達(dá)到10-15

9、m。 （原子核需要很大的動能才會“撞”在一起）實現(xiàn)的方法有：1.用加速器加速原子核；2.把原子核加熱到很高的溫度（108109K）；（不經(jīng)濟）核聚變又叫熱核反應(yīng) 熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就會使反應(yīng)繼續(xù)下去。三、核聚變3.核聚變的利用氫彈普通炸藥U235氘、氚爆炸裂變聚變?nèi)?、核聚變核聚變普遍存在于宇宙中氫彈爆炸形成的磨姑云三、核聚?.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α控S富 每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6億億立方米的水，大約有40萬億噸氘。氚可以利用鋰來制取，地

10、球上鋰儲量有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。三、核聚變4.實現(xiàn)可控核聚變的主要困難 （1）熱核反應(yīng)的的點火溫度很高； （2）如何約束聚變所需的燃料。 現(xiàn)在的技術(shù)還不能控制熱核反應(yīng)慣性約束：利用核聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束磁約束：利用磁場來約束參加反應(yīng)的物質(zhì)1關(guān)于重核的裂變，以下說法中正確的是（ ）A鈾235被中子轟擊后都會分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，同時放出幾個中子B鈾235被中子轟擊后二者都會發(fā)生分裂C要使鈾塊發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其體積必須足夠大D鈾235分裂成兩個中等質(zhì)量的核，比結(jié)合能減小，放出核能C2現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于（ ）A天然放射性元素衰變放出的能量B人工放射性同位素放出的能量C重核裂變放出的能量D化學(xué)反應(yīng)放出的能量C3關(guān)于核聚變，以下說法正確的是（ ）A與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核