5.4核裂变与核聚变课件（20张PPT）

5.4 核裂变与核聚变
一、核裂变的发现
裂变:重核分裂成质量较小的核，并释放核能的反应。
核裂变示意图
铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪（铀236为中间过程，不稳定），同时放出3个中子。核反应方程是
核反应方程是
裂变反应可以一代接一代继续下去。
思考：通过上图你有什么发现？
核裂变中放出中子，数目有多有少，中子的速度也有快有慢。以铀235为例，核裂变时产生两或三个中子。如果这些中子继续与其他铀235发生反应，再引起新的核裂变，就能使核裂变反应不断地进行下去。这种由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。
链式反应
思考：链式反应顺利进行的条件有哪些？
铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。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，很有可能碰不到铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续。只有当铀块足够大时，核裂变产生的中子才有足够大的概率打中某个铀核，使链式反应进行下去。
临界体积:裂变物质能够发生链式反应的最小体积
相应的质量：临界质量
我国科学家钱三强、何泽慧夫妇于1947年在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分：
二分裂
三分裂 四分裂 ...
概率：
二分裂的
二分裂的
如果 1 kg 铀全部裂变，它放出的能量就相当于 2800 t 标准煤完全燃烧时放出的化学能。
=
1 kg
2800 t
二、反应堆与核电站
核反应堆：人工控制链式反应的装置
吸收中子、控制反应速率
慢中子
(石墨、轻水、重水)
(浓缩铀)核燃料
核能发电的基本原理
二战时期，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蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多，长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ；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%。
三、核聚变
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。
大阳是一个巨大的热核反应堆
弹体
引爆装置
氘、氚、重氢化钾等
铀 235
外壳
普通炸药
氢弹结构示意图
小型原子弹
普通炸药
铀235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
释放核能
受控核聚变
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性
1）轻核聚变产能效率高
2）地球上聚变燃料的储量丰富
（每升水中就含有 0.03 g 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）轻聚变更为安全、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。废物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他物质反应生成的发射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）
实现核聚变的方法
①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。
②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
磁约束：带电粒子运动时在均匀磁场中会在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。
托卡马克（环流器）磁约束装置
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。
惯性约束聚变激光
核裂变与核聚变
核裂变的发现
核聚变
反应堆与核电站
再见