第五章原子核核聚變與核聚變的比較20精彩動(dòng)圖20學(xué)習(xí)目標(biāo)31、知道核裂變方程和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)2、知道反應(yīng)堆的構(gòu)成以及建立核電站的條件3、知道核聚變方程及受控?zé)岷朔磻?yīng)的方案及難點(diǎn)一核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)///////二反應(yīng)堆、核電站///////三核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)///////一、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裂變聚變一、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：二分裂的二分裂的一、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(guò)

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)量一、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。=1kg2800t一、核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)二戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)原子彈突襲廣島和長(zhǎng)崎造成了巨大的毀傷。在長(zhǎng)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(zhǎng)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%。

一、核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

中國(guó)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。一、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)速率慢中子一、核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核能發(fā)電的基本原理“兩彈一星”元?jiǎng)?/p>

歷史將永遠(yuǎn)記住他們二、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(shí)，在第一個(gè)原子彈制成以前，科學(xué)家們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了核能的可控釋放。1942年，美籍意大利物理學(xué)家費(fèi)米就主持建立了世界上第一個(gè)稱為“核反應(yīng)堆”的裝置，首次通過(guò)可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)了核能的釋放。1.反應(yīng)堆：通過(guò)可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來(lái)釋放核能的裝置。①鈾棒：由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成，它是核反應(yīng)堆的燃料。②石墨(或重水)：石墨(或重水)作為慢化劑，附著在鈾棒周圍，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶?，便于被?35“捉”住，發(fā)生核裂變。③鎘棒：主要作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以叫作控制棒。④水泥防護(hù)層：屏蔽射線，防止放射性污染。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。“熱中子（慢中子）”核反應(yīng)堆示意圖水泥防護(hù)層控制棒——鎘棒燃料棒—鈾棒減速劑視頻演示：核反應(yīng)堆三、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108～109K三、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(wàn)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(kù)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(yáng)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)示意圖視頻演示：核聚變?nèi)?、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0.03g氘，地球上有138.6億億立方米的水，大約有40萬(wàn)億噸氘。氚可以利用鋰來(lái)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(méi)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、核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)

①難點(diǎn)：地球上沒(méi)有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬(wàn)開(kāi)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(lái)約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。托卡馬克（環(huán)流器）磁約束裝置三、核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)①難點(diǎn)：地球上沒(méi)有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬(wàn)開(kāi)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(lái)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)慣性約束聚變激光三、核聚變及受控?zé)岷朔磻?yīng)

國(guó)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(guó)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(yáng)”。2003年1月，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)我國(guó)參加ITER計(jì)劃談判，2006年5月，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，中國(guó)ITER談判聯(lián)合小組代表我國(guó)政府與歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)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(guó)家和主要的亞洲國(guó)家，覆蓋的人口接近全球一半。課堂練習(xí)1.（多選）關(guān)于鈾核裂變，下列說(shuō)法正確的是（）A.鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核B.鈾核裂變時(shí)還能同時(shí)釋放2~3個(gè)中子C.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用鈾235D.鈾塊的體積對(duì)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無(wú)影響【答案】BC2.關(guān)于核反應(yīng)堆,下列說(shuō)法不正確的是()A.鈾棒是核燃料,裂變時(shí)釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能【答案】C3.我國(guó)新一代可控核聚變研究裝置“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M”（又被稱為“人造太陽(yáng)”）將在2020年投入運(yùn)行，其所發(fā)生的可控核聚變方程是

已知

、

、

和X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3和m4，真空中的光速為c，下列說(shuō)法正確的是（）A．X是質(zhì)子B．大亞灣核電站利用核聚變發(fā)電C．該核反應(yīng)所釋放的核能為D．

和

的結(jié)合能之和大于的結(jié)合能解析：A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X是中子，A錯(cuò)誤；B．大亞灣核電站是利用重核裂變來(lái)發(fā)電，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)質(zhì)能方程，該核反應(yīng)所釋放的核能為C正確；D．比結(jié)合能大的原子核更穩(wěn)定，一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)核時(shí)，釋放能量，則

更穩(wěn)定，比結(jié)合能更大，核子數(shù)守恒，則

和

的比結(jié)合能之和小于

的比結(jié)合能，D錯(cuò)誤。故選C。答案：C4.利用重核裂變釋放核能時(shí)選用鈾235，主要因?yàn)椋ǎ〢.它比較容易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)B.能自動(dòng)裂變，與體積無(wú)關(guān)C.鈾核比較容易分裂成為三部分或四部分，因而放出更多的核能D.鈾235價(jià)格比較便宜，而且它裂變時(shí)放出的核能比其他重核裂變時(shí)放出的核能要