1、1,第五、六節(jié)：核裂變 核聚變,原子核,一、裂變和聚變,核聚變：兩個輕核聚合成一個較重的核時，會釋放出能量來，這種核反應(yīng)叫做核聚變。,核裂變：重的一個核分裂成兩個較輕的核時，也會釋放出能量，這種核反應(yīng)叫做核裂變。,原子彈爆炸,1、1938年，德國化學(xué)家哈恩和斯特拉斯用中子 轟擊鈾核時發(fā)現(xiàn)了核裂變,重核的裂變,即：一個重核分裂成了兩個中等質(zhì)量的核。,二、核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),2、核反應(yīng)方程,3、我國物理學(xué)家錢三強(qiáng)，何澤慧夫婦1946年在巴黎發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂 。,+201Mev,鏈?zhǔn)椒磻?yīng),1、重的原子核俘獲一個中子以后發(fā)生裂變放出中子，如果這些中子又引起其他的核裂變，使得裂變不斷地進(jìn)行下去，釋放

2、出越來越多的能量。這種反應(yīng)叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)模擬演示1,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)模擬演示2,重 核 裂 變 演 示,鏈 式 反 應(yīng),釋放的核能,裂變以前,裂變以后,反應(yīng)過程中質(zhì)量減少m=0.2135u.反應(yīng)中釋放的能量: E= mc2=201兆電子伏.,說明:在天然鈾中，主要有兩種同位素，其中99.3%是鈾238，0.7%是鈾235。鈾235俘獲各種能量的中子都會發(fā)生裂變，而且俘獲能量低的中子發(fā)生裂變的幾率較大。鈾238只有俘獲能量大于1MeV的中子才可能發(fā)生裂變，并且?guī)茁屎苄?。因此，為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好是利用純鈾235。,原子彈： 鈾核裂變時放出巨大的能量，同時能放出多于二個中子，若分裂時

3、放出的中子全部被別的鈾核吸收，又引起新的裂變，這樣，裂變的數(shù)目將按指數(shù)規(guī)律增大，結(jié)果形成一發(fā)散的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這就是原子彈中發(fā)生的情況。,3. 臨界體積:能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。如果鈾235的體積超過了它的臨界體積，只要有中子進(jìn)入鈾塊，會立即引起鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在極短時間內(nèi)就會釋放出大量的核能，發(fā)生猛烈的爆炸，原子彈就是根據(jù)這個原理制成的。,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的應(yīng)用原子彈,原子彈裝藥重6.1千克，TNT當(dāng)量2.2萬噸，試驗(yàn)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，并在地面上形成一個巨大的彈坑,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的應(yīng)用原子彈,美國原子彈突襲廣島和長崎造成了巨大

4、的毀傷在長崎投擲的原子彈爆炸后形成的蘑菇狀云團(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，傷亡共86000人，占全市37% ,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的應(yīng)用原子彈,在山田須磨子（一位當(dāng)年的爆炸目擊者）的一幅畫：在遙遠(yuǎn)的廣島上空，原子彈爆炸后發(fā)出彩虹一般絢麗的光芒,16,核防護(hù),（）核爆炸瞬時效應(yīng)防護(hù)。,對核襲擊的防護(hù)大致可分為兩大類。,利用工事進(jìn)行掩蔽,在開闊地面上的人員，當(dāng)發(fā)現(xiàn)核爆閃光時，立即背向爆心臥倒，可減輕傷害。,（）放射性沾染防護(hù)。,避開在沾染區(qū)或高照射量率的地區(qū)行動,人員通

5、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,及時穿戴個人防護(hù)器材，防止人體受沾染,進(jìn)入沾染區(qū)執(zhí)行任務(wù)的人員，可服用抗輻射藥，以減少放射性物質(zhì)在人體內(nèi)的存留,三、受控?zé)岷朔磻?yīng),熱核反應(yīng)： 物質(zhì)達(dá)到幾百萬度以上的高溫時，原子的核外電子已經(jīng)完全和原子脫離，這時小部分原子核就具有足夠的動能，能夠克服相互間的庫侖斥力，在相互碰撞中接近到可以發(fā)生聚變的程度。因此，這種反應(yīng)又叫做熱核反應(yīng)。,輕核的聚變,1、將幾個輕核結(jié)合成較大質(zhì)量的核叫輕核聚變。,2、核反應(yīng)方程:,+17.6Mev,該反應(yīng)平均每個核子放出的能量在3Mev以上，聚變比裂變能放出更多的能量。,3.其它聚變：,上述反應(yīng)都需要超高溫條件，

6、稱為熱核反應(yīng)。,5.聚變反應(yīng)的應(yīng)用:,（1）太陽內(nèi)部和許多恒星的內(nèi)部，,（3）可控?zé)岷朔磻?yīng):中國環(huán)流器一號,6.熱核反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：,（2）氫彈的爆炸（通過原子彈爆炸時產(chǎn)生的高溫來達(dá)到 ）,能量大、污染小、材料易得,4.受控?zé)岷朔磻?yīng)： 如果要使巨大的熱核反應(yīng)能量不是以爆炸的形式釋放，而是在人工控制下逐漸地釋放出來并加以利用（例如發(fā)電），這稱為受控?zé)岷朔磻?yīng)。,氫彈爆炸,托克馬克裝置,太陽熱核反應(yīng):在太陽內(nèi)部，氫核在極高溫度下聚變成氦核，在這過程中釋放出28兆電子伏的能量.不過這種聚變過程，不是一次反應(yīng)就能完成的，要經(jīng)過幾次反應(yīng)才能把四個氫核聚合成一個氦核.太陽正是靠這種反應(yīng)以驚人的巨大功率，向宇宙空

7、間輻射能量的.,22,7、氫彈原理,23,氫彈：利用氘、氚（氫的同位素）等輕原子核的聚變反應(yīng)原理制成的核武器通常稱為氫彈。,氫彈反應(yīng)式,氫彈結(jié)構(gòu)示意圖,四、反應(yīng)堆,原子彈爆炸時鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度是無法控制的，為了用人工方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能比較平緩地釋放出來，人們制成了核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。,反應(yīng)堆,水管,鈾棒,鎘棒,石墨,水泥防護(hù)層,減速劑,核原料,冷卻劑,熱交換,控制反應(yīng)速度,防 輻 射,快中子 慢中子,吸收慢中子,核燃料。用濃縮鈾（能吸收 慢中子的鈾235約占3%）。 減速劑。用石墨或重水 （使裂變中產(chǎn)生的中子減速， 以便被鈾235吸收）。 控制棒。用鎘做成（鎘

8、吸收中子的能力很強(qiáng)）。 冷卻劑。用水或液態(tài)鈉（把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去用于發(fā)電，同時使反應(yīng)堆冷卻，保證安全）。 水泥防護(hù)層。用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。（對放射性的廢料，也要裝入特制的容器，埋入深地層來處理 ）,核反應(yīng)堆的主要組成是：,五、核電站 核能利用,1、核電站：利用反應(yīng)堆工作時釋放出的熱能使水汽化以推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，這就是核電站。,29,核電站工作過程,能量的轉(zhuǎn)化:,核能,內(nèi)能,機(jī)械能,電能,2、核能利用：,核電站消耗的“燃料”很少。一座一百萬千瓦的核電站，每年只消耗30噸濃縮油，而同樣功率的火力發(fā)電站，每年卻要消耗250萬噸煤 。目前，核能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益跟火電站大體相同。到20世紀(jì)末，核發(fā)電已占世界發(fā)電總量的30%。,把反應(yīng)堆小型化，可以使核能作為動力，制造核動力潛艇、核動力破冰船和核動力航空母艦，在某些動力裝置上也有利用的可能。,核反應(yīng)堆不僅可以提供強(qiáng)大的核能，而且它產(chǎn)生的大量中子還可以用來進(jìn)行各種原子核物理實(shí)驗(yàn)，制造各種反射性同位素。,核動力潛艇,廣東省大亞灣核電站,廣東省大亞灣核電站,廣東省大亞灣核電站,解決能源危機(jī)根本途徑核能 可開發(fā)的核裂變?nèi)剂腺Y源可使用上千年。 核聚變資源可使用幾億年。,核能-解決能源危機(jī)的根本途徑 核發(fā)電量占總發(fā)電比例最多的10個國