核裂变[共22页].ppt

第三章：原子核第三章：原子核 第第 5 5 节节：核裂：核裂变变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应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裂变叫做裂变把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变叫做聚变〓聚变聚变聚变聚变〓裂变裂变裂变裂变一、裂变一、裂变 铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙（（Xe)和锶和锶(Sr),有时裂变为钡（有时裂变为钡（Ba）和氪（）和氪（Kr）或）或者锑（者锑（Sb）和）和 铌（铌（Nb），同时放出），同时放出2～～3个中子铀个中子铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比核还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见三分裂和四分裂现象产生的几率为二分裂较少见三分裂和四分裂现象产生的几率为二分裂现象产生的几率的千分之三现象产生的几率的千分之三•1947年，钱三强和何泽慧夫妇宣布了他们发现铀核的三分裂和四分裂 这立即在科学界和社会公众引起了重视 法国科学院将亨利• 德巴维奖颁发给了钱三强 不久，西方各国报刊相继刊登了钱氏夫妇的重要发现。

 他们称钱三强和何泽慧为“中国的居里夫妇” 19391939年年1212月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变铀核裂变的产现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡和氪，同时物是多种多样的，一种典型的反应是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：放出三个中子，其核反应方程是：+→++ 裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：质量小于裂变前的总质量，质量亏损：铀核的裂变铀核的裂变铀核的裂变铀核的裂变释放出的能量为释放出的能量为说明：如果说明：如果1 1千克铀千克铀235235全部裂变，它放出的能量全部裂变，它放出的能量就相当于就相当于28002800吨标准煤完全燃烧时放出的化学能吨标准煤完全燃烧时放出的化学能反应中释放的能量：反应中释放的能量：△△E= △△mc2=201MeV 铀核裂变时，同时释放出铀核裂变时，同时释放出2～～3个中子，如果这些个中子，如果这些中子再引起其他中子再引起其他235U核裂变，就可使裂变反应不断地核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去。

这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一进行下去这种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，叫做核裂变的代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应链式反应使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的它的它的它的临界体积临界体积临界体积临界体积，相应的质量叫做，相应的质量叫做，相应的质量叫做，相应的质量叫做临界质量临界质量临界质量临界质量例例1. 一个铀一个铀235原子俘获一原子俘获一个中子后，裂变为氙个中子后，裂变为氙139和和锶锶94，同时放出三个中子．，同时放出三个中子．(1)写出核反应方程并计算出写出核反应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核能一个铀核裂变时释放的核能．已知．已知mU＝＝235.04394 u，，mXe＝＝138.91844 u，，mSr＝＝93.91557u，，mn＝＝1.008 665 u.(2)计算计算1kg铀完全裂变释放铀完全裂变释放出的能量，其相当于多少热出的能量，其相当于多少热值为值为2.93×107J/kg的煤完全的煤完全燃烧时放出的热量？燃烧时放出的热量？解（解（1））核反应方程为：核反应方程为：质量亏损为质量亏损为：：一个铀核裂变时释放的核能一个铀核裂变时释放的核能（（2））1kg铀中含有的铀中含有的铀核个数铀核个数（个）（个）煤的质量为：煤的质量为：原子弹原子弹““小玩意儿小玩意儿””钚装药重钚装药重6.16.1千克，千克，TNTTNT当量当量2.22.2万吨，万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座使一座3030米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成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．一个巨大的弹坑．中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 在半径为在半径为400400米的范围内，沙石被熔化成了黄米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为绿色的玻璃状物质，半径为16001600米的范围内，所有米的范围内，所有的动物全部死亡。

的动物全部死亡 ““原子弹之父原子弹之父”” 奥本海默在核爆观测站里感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：到十分震惊，他想起了印度一首古诗：““漫天奇光漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉．我是死神，我是世界的毁灭者争辉．我是死神，我是世界的毁灭者1945年，第一颗原子弹爆炸成功年，第一颗原子弹爆炸成功美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁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，高达团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达1212英英里多．广岛市区里多．广岛市区80%80%的建筑化为灰烬，的建筑化为灰烬，6400064000人丧人丧生，生，7200072000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%53%．长崎市．长崎市60%60%的建筑物被摧毁，伤亡的建筑物被摧毁，伤亡8600086000人，人，占全市占全市37% 37% 水泥防护层水泥防护层控制棒控制棒————镉棒镉棒燃料棒燃料棒——铀棒铀棒慢化剂慢化剂链式反应的应用链式反应的应用链式反应的应用链式反应的应用————————核电站慢中子反应堆核电站慢中子反应堆核电站慢中子反应堆核电站慢中子反应堆三、核电站三、核电站————核能的可控释放核能的可控释放（（1 1）主要组成：核电站的核心设施是）主要组成：核电站的核心设施是核反应堆核反应堆部部件件名名称称慢化剂慢化剂控制棒控制棒热循环介质热循环介质保护层保护层采采用用的的材材料料石墨、重水石墨、重水或普通水或普通水(也也叫轻水叫轻水)镉棒镉棒水或液态钠水或液态钠很厚的水泥很厚的水泥外壳外壳作作用用降低中子速降低中子速度，便于铀度，便于铀235吸收吸收吸收中子，吸收中子，控制反应速控制反应速度度把反应堆内把反应堆内的热量传输的热量传输出去出去屏蔽射线防屏蔽射线防止放射性污止放射性污染染（（2）核电站发电的优点）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，消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站左右，而同样功率的火电站每年要消耗每年要消耗250万吨优质煤．万吨优质煤．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大．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．对环境的污染要比火力发电小． 核能核能--------解决能源危机的根本途径解决能源危机的根本途径核发电量占总发电比例最多的核发电量占总发电比例最多的1010个国家是：个国家是：法国法国 75%75% 立陶宛立陶宛 73.1%73.1% 比利时比利时 57.7%57.7% 保加利亚保加利亚 47.1%47.1% 斯洛伐克斯洛伐克 47%47% 瑞典瑞典 46.8%46.8% 乌克兰乌克兰 43.8%43.8% 韩国韩国 42.8%42.8% 匈牙利匈牙利 38.3%38.3% 亚美尼亚亚美尼亚 36.4%36.4% （１）核爆炸瞬时效应防护。

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对核袭击的防护大致可分为两大类 ①①利用工事进行掩蔽利用工事进行掩蔽②②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，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，可减轻伤害可减轻伤害２）放射性沾染防护２）放射性沾染防护 ①①避开在沾染区或高照射量率的地区行动避开在沾染区或高照射量率的地区行动③③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②②及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染④④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在人体内的存留核防护核防护A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．例例2、原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装、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．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．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．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．原子燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统统课堂练习C1.现已建成的核电站的能量现已建成的核电站的能量来自于来自于( )A.天然放射性元素衰变放出天然放射性元素衰变放出的能量的能量B.人工放射性同位素放出的人工放射性同位素放出的能量能量C.重核裂变放出的能量重核裂变放出的能量D.化学反应放出的能量化学反应放出的能量重核在裂变时发重核在裂变时发生质量亏损，释生质量亏损，释放出大量的核能，放出大量的核能，目前建成的核电目前建成的核电站一般都是利用站一般都是利用重核的裂变重核的裂变2.一个铀一个铀235吸收一个中子后发生的核方程反应式是：吸收一个中子后发生的核方程反应式是：( )放出的能量为放出的能量为E铀核的质量为铀核的质量为M，，中子的质量为中子的质量为m，，氙核的质氙核的质量量m1，锶核的质量为，锶核的质量为m2，真空中光速为，真空中光速为c，，则释放的能量则释放的能量E为：为：A.（（M －－m1 －－m2)c2 B. （（M +m－－m1 －－m2)c2 C. （（M －－ 9m－－m1 －－m2)c2 D （（M +9m－－m1 －－m2)c2 C铀铀235裂变时的质量亏损为裂变时的质量亏损为Δm＝＝M＋＋m－－m1－－m2－－10m＝＝M－－m1－－m2－－9m由质能方程可得由质能方程可得ΔE＝＝Δmc2＝＝(M－－m1－－m2－－9m)c2.。