5.4 核裂变和核聚变（共18张PPT）课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

第五章 原子核与核能
第4节 核裂变和核聚变
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.知道什么是裂变、聚变和链式反应,知道链式反应和聚变的条件。
2.会书写裂变和聚变方程,会利用质量亏损计算裂变和聚变产生的核能。
3.了解核反应堆的工作原理,知道如何控制核反应的速度。
知识点一：重核裂变
核裂变：物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变。
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
在不同的裂变反应中,??92235U核释放的能量也不同。如果按照一个235??92U核裂变时释放200 MeV的能量来估算,1 kg的235??92U全部裂变释放出的核能相当于两千余吨标准煤完全燃烧释放的能量。
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知识点二：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。
条件：核裂变物质的体积大于或等于临界体积或核裂变物质的质量大于或等于临界质量。
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
1.如图所示为核裂变示意图。
(1)重核裂变是一种天然现象吗?
重核裂变不能自发地进行,只能发生在人工控制的核反应中,所以重核裂变不是一种天然现象。
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗?
不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于等于临界体积,才会发生链式反应。
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
屏蔽射线，防止放射性污染。
1.定义：
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变.
2.核反应方程：
一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍。
知识点三：轻核聚变
3.轻核聚变的优点：聚变反应不仅能释放 的能量,而且所用的燃料氘和氚容易 。氘可从海水中提取,天然的氚不存在,但可通过核反应?01n+36Li→24He+_____得到。
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巨大
获得
?13H
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4.缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度.
1.热核聚变的条件：要使轻核发生聚变,必须使它们的间距达到 作用的范围。以氘核发生聚变为例,必须在大约_____ K高温下,使氘核获得至少70 keV的动能才能达到核力作用的范围而发生核聚变。
2.物质第四态：轻核聚变温度达到108 K,在这样的高温下,原子已完全电离,形成了物质第四态——等离子态。
3.约束高温等离子体的三种方式：引力约束、 、惯性约束。
核力
108
磁约束
知识点四：可控热核聚变
(1)引力约束：太阳
约束核聚变高温燃料的方案
(2)磁约束：带电粒子运动时在均匀磁场中受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。
中国科学院的环流器装置
托卡马克装置
(3)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。
1.关于重核的裂变,以下说法正确的是（ ）
A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.中子从铀块中通过时,一定发生链式反应
C.重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减少
D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量,所以重核裂
变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能
D
2.关于核聚变，下列说法正确的是（　　 ）
A.两个轻核只有聚变为中等质量的原子核时才放出能量
B.同样质量的轻核发生聚变时放出的能量比同样质量的重核裂变时释放的能量大好多倍
C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
BD
3.现有三个核反应方程：
①?1124????????→1224????????+?1?0????；②??92235????+01????→?56141????????+3692????????+301????；③?12????+13????→24????????+01????。
下列说法正确的是（　　）
A.①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B.①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C.①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D.①是β衰变，②是聚变，③是裂变
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C
核裂变与核聚变
重核裂变　链式反应
条件：几百万开尔文的高温
核裂变：中子轰击铀核分裂成几个小核
轻核聚变与
可控热核聚变
实施方案
链式反应
定义：中子使裂变反应像链条一
样持续下去
定义：两个轻核结合成质量较大的核
条件：铀块质量（或体积）大于临界值
典型核反应
引力约束
磁约束
惯性约束
典型方程