高二物理 選修3-5 19.6 核裂變與核聚變

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1、) (9536138561023592KrBanU) (102121nHH) (2228622688RnRa) (01146eC復(fù)習(xí)復(fù)習(xí):1、完成下列的核反應(yīng)方程式：、完成下列的核反應(yīng)方程式：n103He32He42N1472 2、核反應(yīng)遵循的基本規(guī)律：、核反應(yīng)遵循的基本規(guī)律：質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒3 3、核反應(yīng)的能量來(lái)源分析：、核反應(yīng)的能量來(lái)源分析： 愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出, ,物體的能量荷質(zhì)量物體的能量荷質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系之間存在著密切的聯(lián)系. .4 4、質(zhì)能方程：、質(zhì)能方程： E Emcmc2 2 E Emcmc2 2一一. .利用核能的途徑利用

2、核能的途徑要質(zhì)量有虧損，是利用核能的先決條件。要質(zhì)量有虧損，是利用核能的先決條件。核反應(yīng)前物質(zhì)的核子數(shù)和反應(yīng)后的核子數(shù)核反應(yīng)前物質(zhì)的核子數(shù)和反應(yīng)后的核子數(shù)相等相等。 要實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)“反應(yīng)后的質(zhì)量反應(yīng)前的質(zhì)量反應(yīng)后的質(zhì)量反應(yīng)前的質(zhì)量”，如果，如果我們引進(jìn)我們引進(jìn)“核子平均質(zhì)量核子平均質(zhì)量”，則核反應(yīng)前核子平均，則核反應(yīng)前核子平均質(zhì)量比反應(yīng)后的核子平均質(zhì)量質(zhì)量比反應(yīng)后的核子平均質(zhì)量較大較大。1938年，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)用年，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)用中子中子 轟擊轟擊 ，竟然產(chǎn)生出了，竟然產(chǎn)生出了 U23592n10Ba14156奧地利物理學(xué)家邁特納和弗里施發(fā)現(xiàn)奧地利

3、物理學(xué)家邁特納和弗里施發(fā)現(xiàn) 被轟擊后產(chǎn)被轟擊后產(chǎn)生出一種同位素生出一種同位素 ，形狀也變得不穩(wěn)定，并最終分，形狀也變得不穩(wěn)定，并最終分裂為兩塊碎片，同時(shí)放出中子裂為兩塊碎片，同時(shí)放出中子U23592U23692弗里施覺(jué)得這個(gè)現(xiàn)象和細(xì)胞的分裂比較像，所以把這弗里施覺(jué)得這個(gè)現(xiàn)象和細(xì)胞的分裂比較像，所以把這個(gè)核反應(yīng)命名為個(gè)核反應(yīng)命名為核裂變核裂變二二. .重核裂變重核裂變-以鈾核的裂變?yōu)槔遭櫤说牧炎優(yōu)槔齅eVKrBanU6 .200_+ + + +9292363614114156561 10 02352359292（1 1）一種典型的鈾核裂變）一種典型的鈾核裂變n103 裂變產(chǎn)物不是唯一確定的，有

4、時(shí)還會(huì)發(fā)生三分裂裂變產(chǎn)物不是唯一確定的，有時(shí)還會(huì)發(fā)生三分裂和四分裂。我國(guó)物理學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦和四分裂。我國(guó)物理學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦19461946年年在巴黎首次發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂。但是，鈾的在巴黎首次發(fā)現(xiàn)了鈾的三分裂和四分裂。但是，鈾的的三分裂和四分裂概率是相當(dāng)小的的三分裂和四分裂概率是相當(dāng)小的. . 二分裂二分裂10003100003請(qǐng)計(jì)算鈾裂變時(shí)釋放的能量請(qǐng)計(jì)算鈾裂變時(shí)釋放的能量kgmu27103139.390kgmn27106749. 1kgmBa27100016.234kgmkr27106047.152求：（求：（1）該核反應(yīng)釋放的能量）該核反應(yīng)釋放的能量 （2）平均每個(gè)

5、核子釋放的能量）平均每個(gè)核子釋放的能量E=200.55MeV1kg 含有含有2.561024個(gè)個(gè) ，如果全部發(fā)生核，如果全部發(fā)生核裂變，放出的能量為裂變，放出的能量為8.21013JU23592U23592（2 2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：KrBanU9292363614114156561 10 02352359292+ + +n10+3KrBaU9292363614114156562352359292+ +n10發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：1、鈾塊的純度必須足夠高；、鈾塊的純度必須足夠高；2、鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，或者鈾塊的體積大于、鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量，或者鈾塊的體積大于臨界

6、體積。臨界體積。一塊鈾會(huì)不會(huì)因?yàn)椴恢缽哪膬猴w來(lái)的一塊中子就引一塊鈾會(huì)不會(huì)因?yàn)椴恢缽哪膬猴w來(lái)的一塊中子就引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)呢發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)呢大約大約1kg或直徑或直徑4.8cm的球形鈾塊的球形鈾塊(3)(3)重核裂變的應(yīng)用重核裂變的應(yīng)用核電站核電站核心設(shè)施：核反應(yīng)堆核心設(shè)施：核反應(yīng)堆 濃縮鈾制成的鈾棒濃縮鈾制成的鈾棒減速劑：減速劑：石墨、重水或普通水，用于減石墨、重水或普通水，用于減小中子的速度小中子的速度控制棒：鎘，用于控制棒：鎘，用于 吸收中子，控制吸收中子，控制核反應(yīng)的快慢。核反應(yīng)的快慢。原子彈：原子彈： 不可控的核反應(yīng)不可控的核反應(yīng)原子彈爆炸時(shí)的蘑菇云原子彈爆炸時(shí)的蘑菇云“小男孩小男孩”（前）

7、和（前）和“胖子胖子”三、輕核聚變?nèi)?、輕核聚變 某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)過(guò)某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)過(guò)程，同時(shí)放出大量的核能。程，同時(shí)放出大量的核能。 MeVnHeHH6 .1710422131例：例：17.623201235 1計(jì)算表明，這個(gè)核反應(yīng)釋放的能量是計(jì)算表明，這個(gè)核反應(yīng)釋放的能量是17.6MeV 17.6MeV 。這個(gè)。這個(gè)量值雖然比一個(gè)鈾核裂變產(chǎn)生的能量（量值雖然比一個(gè)鈾核裂變產(chǎn)生的能量（201MeV201MeV）少，）少，但平均每個(gè)核子產(chǎn)生的能量但平均每個(gè)核子產(chǎn)生的能量= 3.52MeV= 3.52MeV卻是鈾裂變（卻是鈾裂變（= 0.852MeV= 0.85

8、2MeV）的約）的約4 4倍。倍。1 1、輕核聚變的條件：、輕核聚變的條件：核子要距核子要距離離十分近十分近加熱加熱高溫高溫?zé)岷朔磻?yīng)熱核反應(yīng)幾百萬(wàn)度幾百萬(wàn)度高溫高溫條件、應(yīng)用條件、應(yīng)用使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離十分接近，達(dá)使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離十分接近，達(dá)到到1010-15-15m m的距離。的距離。為了克服巨大的庫(kù)侖力，需要使原子核有極大的動(dòng)為了克服巨大的庫(kù)侖力，需要使原子核有極大的動(dòng)能。能。一般的辦法是把它們加熱到很高的溫度。通常需要一般的辦法是把它們加熱到很高的溫度。通常需要幾百萬(wàn)度以上的高溫。幾百萬(wàn)度以上的高溫。為了獲取高熱，常常使用重核裂變作為為了獲取高熱，常常使用重

9、核裂變作為“引子引子”。所。所以，原子彈可以作為氫彈的以，原子彈可以作為氫彈的“雷管雷管”。氫彈氫彈世界第一顆氫彈世界第一顆氫彈麥克麥克“麥克麥克”爆炸爆炸成功成功我國(guó)第一顆氫彈爆炸生成的蘑菇云我國(guó)第一顆氫彈爆炸生成的蘑菇云四、熱核反應(yīng)四、熱核反應(yīng)1.1.學(xué)生閱讀解決學(xué)生閱讀解決(1)(1)什么是熱核反應(yīng)什么是熱核反應(yīng)(2)(2)太陽(yáng)的能源來(lái)自熱核反應(yīng)太陽(yáng)的能源來(lái)自熱核反應(yīng)(3)(3)什么是可控?zé)岷朔磻?yīng)什么是可控?zé)岷朔磻?yīng)(4)(4)氘核氘核, ,氚核的來(lái)源氚核的來(lái)源2 2、 熱核反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：熱核反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：（1 1）熱核反應(yīng)釋放的能量比裂變大得多。）熱核反應(yīng)釋放的能量比裂變大得多。（2 2）反

10、應(yīng)后的廢物較易處理。）反應(yīng)后的廢物較易處理。（3 3）原料易得。）原料易得。例例1 1、已知氘核質(zhì)量為、已知氘核質(zhì)量為2.0136u2.0136u，中子質(zhì)量為，中子質(zhì)量為1.0087u 1.0087u 核的質(zhì)量為核的質(zhì)量為3.0150u3.0150u。求：。求：（1 1）寫出兩個(gè)氘核聚變成）寫出兩個(gè)氘核聚變成 的核反應(yīng)方程式的核反應(yīng)方程式（2 2）計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能。）計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能。23 He23 He【分析分析】算出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，利用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方算出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，利用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程即可求出反應(yīng)釋放的核能。程即可求出反應(yīng)釋放的核能。解答：解答： （1）nHeHH10322121（2 2）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：m=2.01362(3.0150+1.0087)=0.0035u釋放的核能為釋放的核能為E=mc2 2=931.50.0035=3.26MeV