5.4 核裂变与核聚变 课件（21张PPT）

(共21张PPT)
第五章　原子核
4　核裂变与核聚变
原子核平均质量
原子核的平均质量与原子序数之间的关系
聚变
裂变
新知导入
一、核裂变的发现
课堂探究
核物理中，把重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程，叫核裂变。
1938年年底，德国物理学家哈恩和他的助手特斯拉曼在用中子轰击铀核的实验中发现，生成物中原子序数为56的元素钡。
多种多样
二分裂
质量数守恒，电荷守恒
三分裂 四分裂 ...
概率：
二分裂的
二分裂的
链式反应：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反应
条件：每次裂变产生的中子，至少平均有一个能引发新的裂变
①保证的纯度←提纯
②铀块的大小
临界体积:裂变物质能够
发生链式反应的最小体积
临界质量
相应
质量
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%。
原子弹
核反应堆：人工控制链式反应的装置
(浓缩铀)
核燃料
(石墨、轻水、重水)
吸收中子、控制反应速率
慢中子
二、反应堆与核电站
课堂探究
大亚湾核电站
秦山核电站
三、核聚变
课堂探究
核聚变：某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核的核反应
发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到 10-15 m以内(原子核需要很大的动能才会“撞”在一起)
方法:
①用加速器加速原子核
②原子核加热到很高的温度108～109K
大阳是一个巨大的热核反应堆
弹体
引爆装置
小型原子弹
普通炸药
铀235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
氘、氚、重氢化钾等
铀 235
外壳
普通炸药
释放核能
氢弹结构示意图
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）
受控核聚变
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。
实现核聚变的方法
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
国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，耗资50亿美元（1998年值）。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。2003年1月，国务院批准我国参加ITER计划谈判，2006年5月，经国务院批准，中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定。这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家，覆盖的人口接近全球一半。
核聚变
放出
减少
3×10－29
T
谢谢观看
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