5.5 裂变和聚变（18张PPT）

第五章 原子与原子核 第五节 裂变和聚变 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？ 1.了解核裂变和核聚变的概念和原理 2.了解核能的应用 一、核裂变与链式反应 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。 哈恩 迈特纳 弗里施 1.核裂变：少数重核受粒子打击，分裂成质量较小的核，释放核能的反应。 铀核裂变的一种典型情形 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n ? 核裂变的特点 裂变过程中能放出巨大的能量,一个92235U核裂变时能释放200MeV的能量 ? 裂变的同时能放出2~3个(或更多个)中子 产物不是唯一的 Xe和Sr 氙和锶 Ba和Kr 钡和氪 Sb和Nb 锑（tī）和铌（ní） 需依据实验事实！ 2.链式反应 （1）定义：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，且能不断继续下去，这样的核反应叫链式反应 （2）必要条件：核裂变物质的体积大于或等于临界体积、临界质量 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。通常把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 关于铀核裂变的说明： ① 铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大。 ② 铀238只有在俘获的中子的能量大于1MeV时才能发生核反应，且裂变的几率较小。 对于能量低于1MeV的中子基本只能与238铀核发生弹性碰撞，不能引起核反应。 为了使裂变的链式反应容易发生，最好是利用高浓度铀235 ! 二、核聚变及受控热核反应 1.核聚变： （2）发生条件： 例如： 原子核间距离接近10-15m范围内,需要几百万摄氏度的高温，所以聚变又叫热核反应. （1）定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变. （3）实例 热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。 氢弹，由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 ①宇宙天体： ② 核武器： 实现可控核聚变的两种方案：磁约束和惯性约束。 2.核聚变与核裂变相比有很多优点 （1）轻核聚变产能效率高。 （2）地球上核聚变燃料的储量丰富。 （3）轻核聚变更为安全、清洁。 可控核聚变的两种主要方案为磁约束和惯性约束：磁约束通过强磁场（如托卡马克装置的环形磁场）将高温等离子体限制在特定区域，使其长时间维持聚变所需的高温高压环境；惯性约束则利用高能量激光或粒子束瞬间压缩燃料靶丸，依靠燃料自身惯性在极短时间内完成聚变反应。前者注重稳定约束，后者依赖瞬间能量释放，两者均旨在实现可控的聚变能量输出，为未来清洁能源提供可能。 受控热核反应：热核反应所释放的巨大能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用。 三、核能利用 1.核电站： 核电站工作流程 核电站是利用原子核裂变反应释放出能量，经能量转化而发电的。 核能 热能 机械能 电能 2.核反应堆： 由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，它是核反应堆的燃料。 ①铀棒： ②石墨(或重水)：石墨(或重水)作为慢化剂，附着在铀棒周围，使反应生成的快中子变为慢中子，便于被铀235“捉”住，发生核裂变。 屏蔽射线，防止放射性污染。 ④水泥防护层： 主要作用是吸收中子，控制反应速度，所以叫作控制棒。 ③镉棒： 1.(多选)关于重 ... ...