第三章 3.4裂变和聚变 教学课件(共44张PPT)

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什么是裂变？什么是聚变？
让我们通过这节课来学习一下有关的知识吧！！
4.裂变和聚变
第三章 核能
教学目标
1. 知识与能力
知道重核的裂变和链式反应及条件。
知道核反应堆和核电站。
2 . 过程与方法
通过轻核的聚变反应，了解聚变相对其他能源的优点。
了解裂变和聚变的应用，感受前辈科学家不惜努力的献身精神和人格魅力。
3 . 情感态度与价值观
重核的裂变和链式反应。
教学重难点
1、核裂变
2、核聚变和受控热核反应
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1、核裂变
回顾核反应中的能量变化
吸收能量
放出能量

氘核

2.2MeV（ ）

氘核

中子
质子
2.2MeV（ ）



中子
质子



核聚变



平均给合能
核子的平均给合能随质量数的变化




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．


裂变

+




平均给合能
核子的平均给合能随质量数的变化




核裂变与链式反应
铀核裂变（核反应方程）
一般来说，一个铀核裂变要放出2~3个中子。这些中子又会引起新的裂变、释放更多的能量
链式反应
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量．
链式反应的应用——原子弹
原子弹装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，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30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．
链式反应的应用——原子弹
在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡．
“原子弹之父” 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：“漫天奇光异彩，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．”
??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团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多．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%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡共86000人，占全市37% ．
链式反应的应用——原子弹
在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画：在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒

2、核聚变和受控核热反应
把两个轻核聚合成较重的核时，释放出核能的反应叫做核聚变．


聚变

+
核聚变与热核反应
　　核聚变是指由轻核，主要是指氘或氚核，
在一定条件下（如超高温高压），发生聚合
作用，生成新的重核，并伴随着巨大的能量
释放的一种核反应，这种反应又叫热核反应．
　　核聚变没有核裂变的放射污染等环境问题，而且其原料来源几乎取之不尽，是最理想的能源方式。
　　热核反应在宇宙中是很普遍的现象，在太阳和许多恒星内部，温度都高达1千万摄氏度以上，在那热核反应激烈地进行着．
　　人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到，氢弹就是这样制成的．
太 阳
聚变与裂变能








D
3He
4He

T
U
Li
聚变
裂变



聚变能
裂变能
原子质量
平均结合能
D + T = n + 4He
D + T = p + 3He
核聚变反应
受控热核聚变

10克氘＋15克氚 ? 人一生所需能源
500升海水含10克氘
无环境污染及长寿命放射性废料
劳逊判据（Q＝1）
T>10keV （1亿度）
nt > 3x1020m-3s
聚变需要亿度高温
劳伦斯利弗莫尔国家实验室鸟瞰图
美国国家点火装置实验室的俯视图
点火装置的一个三层结构

这张照片显示的点火装置的一个三层结构，其中装有重26.4万磅， 直径10米的靶室。
课堂小结
1. 核裂变：
2. 核聚变：
铀核裂变（核反应方程）
D + T = n + 4He
D + T = p + 3He
课堂练习
1、水（包括海水）是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。这是指 （填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。请说明理由。
答案一：核能
因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。
答案二：核能和氢能
因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。氢能有便于储存与运输的优点，也可以为解决能源问题做出贡献。
2、在下列4个核反应方程中，x表示质子的是 （ ）
A

B

C

D

解析：由核反应方程的质量数和电荷数守恒，可得各个选项中的x分别为正电子、α粒子、质子、中子
C
3、静止的锂核（ Li）俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若只了两个新粒子，其中一个粒子为氦核（产生He），它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。
（1）写出此核反应的方程式；
（2）求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；
（3）此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据。
4、原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时，氖核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量。这几种反应的总效果可以表示为（ ）
，由平衡条件可知
A. k=1, d=4 B. k=2, d=2 C. k=1, d=6 D. k=2, d=3
B
由质量数守恒和电荷数守恒，分别有
，解得?k=2，d=2。正确选项为B。
5、放射性同位素针232经αβ衰变会生成氧，其衰变方程为（ ）
Rn+xα+yβ，
其中
A. x=1,y=3 B. x=2,y=3
C. x=3,y＝1 D. x=3,y=2

Th
Rn+xα+yβ
由质量数守恒和电荷数守恒得：232=220+4x,90=86+2x-y可解得：x=3、 y=2
D
6、下列说法正确的是（ ）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
D．按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增加
D
解析：基础知识记忆
7、某放射性元素经过6 次α衰变和8次β衰变，生成了新核．则新核和原来的原子核相比（ ）
A．质子数减少了12
B．质子数减少了20
C．中子数减少了14
D．核子数减少了24
D
解析：两种衰变形式的理解


　
　

8、“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核（称为子核）的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的，一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面说法正确的是（ ）
A．母核的质量数等于子核的质量数
B．母核的电荷数大于子核的电荷数
C．子核的动量与中微子的动量相同
D．子核的动能大于中微子的动能
D
解析：由于中微子的质量远小于质子的质量，所以母核的质量数等于子核的质量数，A正确。
由于中微子不带电，由电荷守恒，B不正确。由动量守恒定律，一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，它们的动量分别是P子核、P中微子，满足P子核+P中微子=0，动量是矢量，P子核和P中微子方向相反，C不正确。动能
，子核与中微子的动量大小相等，中微子的质量小，所以D不正确。
9、中科院等离子体物理研究所设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克（Experimental Advanced Superconducting Tokamak,? EAST）核聚变实验装置（俗称“人造小太阳”）调试成功，等离子体稳定运行的时间可达16分钟，是迄今为止世界上能让等离子体运行时间最长的“人造太阳”实验装置。这种EAST核聚变实验装置之所以称作“人造太阳”，是因为这个装置产生能量的原理和太阳产生能量的原理一样。其核反应方程是
C．

解析：太阳内部发生的是聚变反应
3、
衰变是原子核放出微粒（如α、β、γ等）而变成新的核的过程；聚变指轻核合并成较大的核的反应；而重核分裂成质量较小的两个核或多个核则是裂变。选C。
C
习题解答
1. 解：
每个重核裂变时放出多个中子，这些种子将引发更多的重核发生裂变使链式反应成为可能。