人教版 (2019)选择性必修 第三册核裂变与核聚变多媒体教学课件ppt

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如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子都将发生质量亏损，释放出能量。
较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢？
1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的过程中发现，生成物中有原子序数为56的元素钡。
奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释，铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为核裂变。
核裂变：使一个重核分裂成中等质量原子核的过程。
⑴铀核裂变的一种典型情形
⑵铀核的三分裂、四分裂
1947年我国著名物理学家钱三强、何泽慧夫妇在巴黎首先观察到中子轰击铀核的三分裂和四分裂现象。
铀核裂变的产物是多种多样的，其他裂变方程还有:
当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，这种反应叫核裂变的链式反应。
铀块体积要大于临界体积。
纯U235的临界体积球形直径4.8cm，临界质量1kg。
原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，就有可能不到铀核而跑到铀核外面去，链式反应不能继续。只有当铀核足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个核，使链式反应进行下去。
（1）原子弹如何获取核能？（2）原子弹的燃料有哪些？如何获取燃料？（3）原子弹的内部结构？（4）原子弹如何释放核能？
探究原子弹的工作原理：
原子弹是利用重核的裂变反应制成的,高纯度的铀或钚超过临界体积时发生链式反应,在极短时间内能够释放大量核能，发生猛裂爆炸。
通过可控制的链式反应来释放核能的装置。
⑵慢化剂：使裂变产生的快中子减速，常用的慢化剂有石墨、重水或普通水。
⑶控制棒：利用镉棒吸收中子的能力很强来控制反应速度。镉棒插入的越深，吸收的中子就越多，链式反应的速度就越慢。
⑷水泥防护层：屏蔽射线防止放射性污染。
原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，这样释放的核能就可以为人类的建设服务。
第一回路：核燃料发生核裂变使反应区温度升高。水或者液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。
第二回路：反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽驱动汽轮发电机发电。
核电站如何将核能输送出去？阅读教材，总结第一回路和第二回路的功能？
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!
（1）优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济。 （2）缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染； ②核废料处理困难。
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。
一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍，核反应方程：
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也就是说，原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动能而发生核聚变呢？
当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生核聚变。因此，核聚变又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。
将物质加热到很高的温度108～109K
2、核聚变普遍存在于宇宙中
科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿—100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。
太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。
3、核聚变的利用——氢弹
1967年6月17日，我国首枚氢弹爆炸成功
带电粒子运动时在均匀磁场中受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。
中国科学院的环流器装置
用激光或X射线从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起。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。
（1）产能效率高：核聚变比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍。（2）燃料储量丰富：每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6亿亿立方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000亿吨。（3）聚变安全清洁：高温不能维持反应就能自动终止，聚变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。
可控核聚变（热核反应）的优越性：
『判一判』(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。(　　)(2)中子从铀块中通过时，一定发生链式反应。(　　)(3)重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小。(　　)(4)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。(　　)(5)核反应堆用过的核废料无毒无害。(　　)
【例题】我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”(如图)2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础.下列关于聚变的说法正确的是（ ）A.核聚变比核裂变更为安全、清洁B.任何两个原子核都可以发生聚变C.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
与核裂变相比轻核聚变更为安全、清洁，A正确；自然界中最容易发现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，不是任意两个原子核都能发生核聚变，B错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能量，根据E＝mc2可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，C错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减少，核子的比结合能增加，D正确。
【例题】一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个γ光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法中正确的是（ ）A.这个反应的核反应方程是B.这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应C.辐射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2
核反应方程满足质量数和电荷数守恒，故A正确；该反应为聚变反应，故B错误；聚变反应中亏损的质量转化为能量，以光子的形式放出，故光子能量为E＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C错误；
1、 (多选)关于重核裂变的说法正确的是(　　)A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子D.裂变过程中释放能量，质量亏损
2、铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是(　　)A.铀块的质量是重要因素，与体积无关B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
3、如图所示是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是(　　)A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
4、关于核反应堆，下列说法正确的是(　 　)A.铀棒是核燃料，裂变时释放核能B.镉棒的作用是控制反应堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
5、关于核聚变的说法正确的是(　　)A.聚变是裂变的逆反应B.如果裂变释放能量，则聚变反应一定吸收能量C.聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度，显然是吸热反应D.聚变和裂变都可以释放出巨大的能量
6、关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(　　)A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B.聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大C.聚变反应中粒子的比结合能变小D.聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加