高中人教版 (2019)第五章 原子核4 核裂变与核聚变优秀课件ppt

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在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．
 在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，存在质量亏损，故裂变时能释放出能量
在这个反应中释放的能量还可能计算如下：
裂变以前：U 235.0439un 1.0087u 236.0526u
裂变以后：Sr 89.9077uXe 135.9072u10n 10.0867u 235.9016u
反应过程中质量减少了△m=0.1510u
△E= △mc2=141MeV
1.定义：物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做核裂变．
（1）铀核裂变的产物是多种多样的
（2）一种典型的反应是裂变为钡和氪，同时放出三个中子:
重核裂变，释放出的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，也就是裂变的链式反应．
（4）临界体积： 使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
例1. 一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子．(1)写出核反应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核能．已知mU＝235.04394 u，mXe＝138.91844 u，mSr＝93.91557u，mn＝1.008 665 u.(2)计算1kg铀完全裂变释放出的能量，其相当于多少热值为2.93×107J/kg的煤完全燃烧时放出的热量？
解:（1）核反应方程为：
一个铀核裂变时释放的核能:
（2）1kg铀中含有的铀核个数:
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量．
一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!
3.核裂变释放大量的能量
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑．
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ．
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑．
半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡．
“原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉．我是死神，我是世界的毁灭者．”
（１）核爆炸瞬时效应防护。
对核袭击的防护大致可分为两大类:
在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。
（２）放射性沾染防护。
避开在沾染区或高照射量率的地区行动
人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间
及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染
进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质在人体内的存留
链式反应的应用——核电站慢中子反应堆
1.关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是( )A.镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B.用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C.利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D.镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度
（1）主要组成：核电站的核心设施是核反应堆
（2）核电站发电的优点:(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．
核能----解决能源危机的根本途径。核发电量占总发电比例最多的10个国家是：法国 75% 立陶宛 73.1% 比利时 57.7% 保加利亚 47.1% 斯洛伐克 47% 瑞典 46.8% 乌克兰 43.8% 韩国 42.8% 匈牙利 38.3% 亚美尼亚 36.4%
世界核能发电占全部电量1/4
例2 原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成 (　　)． A．原子燃料、减速剂、冷却系统、控制调节系统 B．原子燃料、减速剂、发热系统、传热系统 C．原子燃料、减速剂、碰撞系统、传热系统 D．原子燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统
核电站的核心是核反应堆，对反应堆的原理和组成应记牢是解好此类题目的核心．
世界核电现状一览表（截止到1995年12月31日止）
世界核电现状一览表（截止到1995年12月31日止）（部分国家）
问：什么是辐射？答：辐射是能量传递的一种方式，辐射依能量的强弱分为三种： 电离辐射：能量最强,可破坏生物细胞分子，如α、β、γ射线。 非电离辐射(有热效应)：能量弱，不会破坏生物细胞分子，但会产生温度，如微波、光。 非电离辐射(无热效应)：能量最弱，不破坏生物细胞分子，也不会产生温度，如无线电波、电力电磁场。
放射性物质对人体伤害的规律是： 距离射源越远，受照时间越短，隔离的“屏障”越多，受到伤害越小。
核电站和日常生活辐照水平的对比 一次全身大剂量辐射照射对身体的影响
某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，同时放出大量的核能。这种核反应叫做核聚变。
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
氘核的质量：mD＝2.014102u氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mα＝4.002603u中子的质量：mn=1.008665u
计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少，但平均每个核子产生的能量
2、发生聚变的条件: 要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能大于电磁力
3、实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度。
需要克服极大的库仑斥力，因此必须让轻核具有很大的动能。
世界第一颗氢弹——麦克
核聚变普遍存在于宇宙中
太阳是一个巨大的热核反应堆。
太阳的中心发生核聚变，放出巨大能量； 太阳，这个天然的的核聚变过程已经发生了好几十亿年。
核子的平均质量与原子序数之间的关系
重核裂变与轻核聚变的区别
（1）轻核聚变产能效率高
1.聚变与裂变相比的优点：
（2）地球上聚变燃料的储量丰富
（3）轻核聚变更安全、清洁
（4）反应中放射物质的处理较容易
相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油,轻核聚变是能源危机的终结者。
实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了。
氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容易处理。
七.受控热核反应——核聚变的利用
带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。
2.实现核聚变的难点： 地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。
为了解决这个难题，科学家设想了两种方案：1.磁约束 2.惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
1.太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )A.1036 kg　 　 B.1018 kg　 C.1013 kg　 　 D.109 kg
2．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温， 其主要原因是太阳内部进行着剧烈的(　　)A．衰变反应　　　　　B．人工核反应C．裂变反应 D．热核反应
太阳的内部时刻都在进行着氢核的聚变，即热核反应。
3.(多选)日本福岛第一核电站在地震后,数秒内就将控制棒插入核反应堆芯,终止了铀的裂变链式反应。但海啸摧毁了机组的冷却系统,因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量,核燃料棒温度不断上升,对周边环境产生了巨大的危害。则下列说法正确的是(　 　)A.控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制B.控制棒插入核反应堆芯后,被吸收的中子数量变多C.核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D.核泄漏中放射性物质对人类是有害的
5.我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称为“人造太阳”）将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变方程是 已知 、 、 和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）A．X是质子B．大亚湾核电站利用核聚变发电C．该核反应所释放的核能为D． 和 的结合能之和大于的结合能
6.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（　　）A． 是人工核反应B． 是核裂变反应，该反应吸收能量C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束
国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，耗资50亿美元（1998年值）。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。2003年1月，国务院批准我国参加ITER计划谈判，2006年5月，经国务院批准，中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定。这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家，覆盖的人口接近全球一半。