5.4核聚变与核裂变课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册(共19张PPT)

(共19张PPT)
5.4 核裂变与核聚变
问题导入
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
一、核裂变
1.核裂变：重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程
物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时发现元素钡.
核裂变的产物不唯一
1947年我国著名物理学家钱三强、何泽慧夫妇在巴黎首先观察到中子轰击铀核的三分裂和四分裂现象。
一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!
=
核裂变过程中释放巨大的能量
一、核裂变
2800吨
2.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过程
一、核裂变
①保证铀235的纯度
②铀块的大小
通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为临界体积，把相应的质量称为临界质量。
一、核裂变
3.链式反应的条件
拓展学习
原子弹
为了打破核垄所，最终消灭核武器，1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功。同时，我国政府郑重承诺:中国在任何时候、任何情况下，都不首先使用核武器，不对无核国家或地区使用或威胁使用核武器。我国研制成功原子弹，极大地增强了我国的国防力量。
二、反应堆与核电站
1.核反应堆：通过可控制的链式反应来释放核能的装置。
铀棒
镉棒
水泥防护层
⑴燃料：铀棒成分是天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2% 4%）
⑵慢化剂：为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水或普通水。
⑶控制棒：在铀棒之间插入一些镉棒，利用镉棒吸收中子的能力很强来控制反应速度。镉棒插入的越深，吸收的中子就越多，链式反应的速度就越慢。
⑷水泥防护层：屏蔽射线防止放射性污染。
中子的速度不能太快，否则会与铀235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变。实验证明，速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变。这样的中子就是“热中子”，或称慢中子。
第一回路中的水被泵压入反应堆，通过堆芯时核心反应放出的热使水的内能增加，水温升高。第一回路的水进入交换器，把热量传给第二回路的水，然后又被泵压回反应堆。
在热交换器内，第二回路中的水被回热生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转。
一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30吨左右，而同样功率的火电站每年要消耗煤250万吨。核电站对环境的污染比火电站小。
2.核电站的工作流程
二、反应堆与核电站
三、核聚变
1.核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，释放核能的反应的过程
2.核聚变的条件
10-15m
核力
库伦斥力
动能大
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10-15 m以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。也就是说，原子核要有很大的动能才会“撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动能而发生核聚变呢？
当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生核聚变。因此，核聚变又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。
三、核聚变
3.核聚变普遍存在于宇宙中
太阳
恒星
科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。
太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。
三、核聚变
4.核聚变的利用——氢弹
1967年6月17日，我国首枚氢弹爆炸成功
三、核聚变
三、核聚变
核裂变：一个重核
两个质量中等的原子核
两个轻核
一个质量较大的核
核聚变：
①轻核聚变产能效率高
②燃料氘和氚储量丰富
③无废料，更安全、清洁
优点：
难点：
地球上没有容器可以承受如此高的温度
3.可控核聚变的方案
①磁约束
②惯性约束
激光或X射线
环流器
1932年发现了正电子,1937年发现μ子,1947年发现K介子和π介子，后来又发现超子、反粒子等。
1．“基本粒子”不基本
(1)传统的“基本粒子”：光子、电子、质子和中子。
(2)“基本粒子”不基本的原因
①科学家们逐渐发现了数以百计的不同种类的新粒子。
②科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。
2．发现新粒子
四 “基本”粒子
如光子、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子。光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用。
3．粒子的分类
参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。
不参与强相互作用，有电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。
(3)规范玻色子：
(1)强子：
(2)轻子：
传递各种相互作用的粒子。
(4)希格斯玻色子：
是希格斯场的量子激发。
课堂小结
一.核裂变
定义
铀裂变方程
链式反应
裂变应用
二.核聚变
链式反应快：原子弹
链式反应慢：核电站
定义
聚变方程
聚变条件
与裂变比较
三.”基本“粒子
“基本粒子”
新粒子
媒介子
轻子
强子：夸克
课堂小结
一、核裂变的发现
1.裂变；重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程
2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过程
3.链式反应的条件：铀的纯度和铀块大小
二、反应堆与核电站
三、核聚变
1.核聚变：两个轻核结合成一个质量较大的核
2.核聚变的条件：加热到几百万卡尔文（热核反应）
3.核聚变的例子：太阳、氢弹