(共28张PPT)
核反应
电子
原子核
在核物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应.
中子和质子最初就是通过原子核的人工转变这一核反应发现的:
核反应
+
→
+
粒子
粒子轰击氮核→质子
质子
+
→
+
粒子
粒子轰击铍核→中子
中子
和衰变过程一样,核反应中,质量数和电荷数都守恒.
化学反应中,往往要吸热或放热,类似的核反应中也伴随着能量的变化.
质能方程
中子
质子
氘核
2.2MeV( )
核反应放出的能量叫做核能
物理学家研究质子、中子和氘核之间的关系发现:
质能方程
中子
(mn)
质子
(mp)
氘核
(m)
精确的计算表明氘核的质量比中子和质子的质量之和要小一些.
质量亏损
〓
质能方程
物体的能量和质量之间存在着某种联系:
爱因斯坦
物体的能量和质量之间存在密切的联系,他们的关系是:
核子在结合成原子核时出现质量亏损,要放出能量,大小为:
质能方程
裂变
核反应
吸收能量
放出能量
核子结合成原子核
有些重核分裂成中等质量的核
有些轻核结合成中等质量的核
研究表明:原子核的质量虽然随着原子序数的增大而增大,但是二者之间并不成正比关系,其核子的平均质量与原子序数有如图的关系:
核子的平均质量是:
原子核的质量
核子数
裂变与聚变
核子平均质量
核子的平均质量与原子序数之间的关系
裂变
聚变
物理学中把重核分裂成质量较小的核,释放核能的反应叫做裂变.把轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反映叫做聚变.
裂变与聚变
〓
裂变
〓
聚变
??在消耗相同质量的核燃料时,聚变比裂变能释放更多的能量.
??1939年12月,德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现,用中子轰击铀核时,铀核发生了裂变,释放出的中子又引起了其他铀核的裂变,也就是链式反应.
铀核的裂变
点击观看动画
??铀核裂变的产物是多种多样的,一种典型的反映是裂变为钡和氪,同时放出三个中子,其核反应方程是:
铀核的裂变
+
→
+
+
??裂变中释放出巨大的能量,在上述裂变中,裂变后的总质量小于裂变前的总质量,质量亏损:
释放出的能量为
??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.
“小玩意儿”钚装药重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.
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.”
原子弹
??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86000人,占全市37% .
原子弹
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
轻核的聚变
例如:一个氘核和一个氚核结合成一个氦核(同时放出一个中子)时,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释放的能量大3~4倍.这时的核反应方程式是:
因此只要有了氘核和适当的装置,运用三个氘核便可以得到大约21.6MeV的能量:
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
氘核的质量:mD=2.014102u
氚核的质量:mT=3.016050u
氦核的质量:mα=4.002603u
中子的质量:mn=1.008665u
轻核的聚变
如何能使轻核具有较大的动能呢
1、必须让轻核的距离非常接近
2、必须让轻核具有很大的动能
需要克服极大的库仑斥力
轻核的聚变
如何能使核聚变反应发生呢
可以将轻核加热到很高的温度
当物质达到几百万摄氏度以上的高温时,剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够的动能,可以克服相互之间的库仑斥力,在碰撞时发生聚变.因此,聚变反应又叫热核反应.
核聚变的利用——氢弹
弹体
引爆装置
小型原子弹
三种炸药:
普通炸药
U235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
氘、氚、重氢化钾等
铀235
外壳
普通炸药
氢弹爆炸形成的磨姑云
核聚变的利用——可控热核反应
热核反应和裂变反应相比较,具有许多优越性。
热核反应
裂变反应
相同的核燃料释放的能量多
反应中放射物质的处理较易
反应中的核燃料资源较丰富
核反应发生条件较易实现
核聚变的利用——可控热核反应
现在的技术还不能控制热核反应。
问题有:
1、热核反应的的点火温度很高;
2、如何约束聚变所需的燃料;
磁场约束
核聚变的利用——可控热核反应
现在的技术还不能控制热核反应。
问题有:
1、热核反应的的点火温度很高;
2、如何约束聚变所需的燃料;
惯性约束
3、反应装置中的气体密度要很低 ,相当于常温常压下气体密度的几万分之一;
核聚变普遍存在于宇宙中