高中物理第三章原子核第5、6节核裂变核聚变课件教科版选修3-5

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高中物理第三章原子核5核裂变课件教科选修35教科高中选修35物理课件

总结提能解答此类题的关键在于如何把已知与所求联系起来，特别是要能考虑到利用相对原子质量和阿伏加德罗常数去计算1 kg铀所含的原子核的个数，只要能想到这儿，一切问题就都迎刃而解了．
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235 92
U受中子轰击时会发生裂变，产生
139 56
Ba和
94 36
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重难疑点辨析了解原子弹的原理
原子弹是利用快中子导致链式反应而发生原子爆炸的武器．在裂变材料的体积大于临界体积时，可以使增殖系数 K>1，这时中子数可逐代倍增，最后引起原子爆炸．对纯错误！ U，其K＝2.若N0＝1，则到第90代时，中子数已增到N＝280 个，其已大到相当于1 kg铀的原子数，因此1 kg纯错误！U只要经过80代裂变就可以全部发生裂变．若将1 kg铀做成球状，其直径不过5 cm，而快中子的速度约为2×107 m·s－1，所以裂变进行得极其迅猛，其爆炸可在百分之一秒内完成．
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考点二核电站
1．核心：核电站的核心是核反应堆，其简化示意图如下：
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各部分的作用如下： (1)铀棒：由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，它是核反应堆的燃料． (2)石墨(或重水)：石墨(或重水)作为减速剂，附着在铀棒周围，使反应生成的快速中子变为慢中子，便于铀235吸收，发生裂变． (3)镉棒：主要作用是吸收中子，控制反应速度，所以叫做控制棒． (4)混凝土防护层：屏蔽射线防止放射性污染．
的临界体积，相应的质量叫做临界质量．
5．发生链式反应的条件裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量．

教科版高中物理选修(3-5)3.5《核裂变》ppt教学课件

反射层
热交换器
石墨
水金属套和钢筋混凝土
防护层
对核裂变和链式反应的理解
【典例1】为使链式反应平稳进行，可采用下列的办法( )．
A．铀块可制成任何的体积
B. 铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核 C．通过慢化剂将产生的中子减速 D．用镉棒可作为慢化剂使中子减速
解析
由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积，故 A 错
1 144 89 种多样的，其中一种典型的反应是235 U ＋ n → Ba ＋ 92 0 56 36Kr＋
质量较小
的核，释放出
核能
的反应，称
31 0n .
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，叫做核裂变的链式反应．
链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积或裂
误，铀核裂变释放出的为快中子，不能直接再去轰击铀核，必须
用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C正确，B、D
错误．答案 C
【变式 1】
1 141 92 核反应方程式235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋ aX 是反应堆中发生的
许多核反应中的一种，n 为中子，X 为待求粒子，a 为 X 的个数，则 X 为__________，a＝__________.mU、mBa、mKr 分别
积．
二、核电站——核反应堆原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来．如图 3-5-2核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应．现在世界上已有不少国
家建有核电站，我国已建成使用和正在建设的核电站必将为现
代化的建设提供能源保障．
图3-5-2
核反应堆——核电站的心脏裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装

教科版高三物理选修3-5电子课本课件【全册】

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1 碰撞
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2 动量
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3 动量守恒定律
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4 动量守恒定律的应用
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第二章原子结构
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教科版高三物理选修3-5电子课本课件【全册】目录
0002页 0061页 0157页 0177页 0227页 0277页 0350页 0379页 0400页 0475页 0534页 0593页
第一章碰撞与动量守恒 2 动量 4 动量守恒定律的应用 1 电子 3 光谱氢原子光谱第三章原子核 2 放射性衰变 4 原子核的结合能 6 核聚变第四章波粒二象性 2 光电效应与光量子假说 4 实物粒子的波粒二象性

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原子弹
原子弹相关的几个描述
“小玩意儿”钚装药重6.1 kg,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
使裂变物质能够发生链式反应的最小体积，叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量
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链式反应的发生条件
发生链式反应的条件： ①要有足够浓度的铀235
防止杂质吸收中子，影响链式反应
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% ．
②要有足够数量的慢中子
③铀块的体积要大于临界体积，质量大于其临界质量
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链式反应的过程
铀核裂变的过程
核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2~3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能核能的释放：由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能

高中物理 3.53.6 核裂变核聚变课件教科版选修35

(1)铀核裂变是如何发生的？答案 (1)铀核的裂变 ①核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状.
②核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应.
n
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三、核聚变发生的条件及特点
要点提炼
1.从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应. 2.聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离 10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能.要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温.
图1
答案中等质量的原子核的核子的平均质量较小，重核和轻核的核子的平均质量较大. 从题图中可以看出，铁原子核中核子的平均质量最小. 如果原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核 B和C，会有质量亏损，放出巨大的核能.获得核能的主要途径：一是重核裂变，二是轻核聚变.
要点提炼
铀核裂变释放核能的计算 1.首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm. 2.根据 ΔE＝Δmc2 计算释放的核能计算时注意Δm与ΔE单位的对应关系，若Δm用kg做单位，ΔE用J做单位；Δm用u做单位，ΔE用MeV做单位， 1 u相当于931.5 MeV的能量.
3.若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块裂变释放的核能E＝ nΔE .
例2 2011年3月11日，日本发生了9.1级大地震，并引发海啸，在此次灾害中，日本福岛核电站发生了核泄露，对附近的环境造成了很大的危害.核泄露产生的射线具有非常大的危害性，能够使动植物体内的细胞发生癌变，致使生物死亡.根据以上材料回答以下问题：核电站的发电原理是通过核裂变产生巨大的能量，完成下面铀核裂变可能的一个反应方程 23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr ＋________，

高中物理-第三章原子核第5、6节核裂变核聚变课件教科版选修3-5

)
A．m
B．(m1+m2)
C．(m3-m2-m1) D．(m1+m2-m3)
• 问题3：核聚变有何条件？
原子核带正电，之间存在库仑斥力，故需要足够高的温度（足够的动能）使两原子核达到核力的作用范围，然后通过核力作用发生聚变，此后就不需要外界再提供能量，靠自身的能量就可以使反应继续
问题4：核聚变为何又称“热核反应”？问题5：核聚变与核裂变相比有那些优点（1）相同质量的燃烧核聚变能释放更多的能
量（2）核聚变没有象核裂变产生放射性废料（3）核聚变的燃烧氘在地球上非常丰富
学习活动五：已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，32He核的质量为 3.0150u.（1）写出两个氘核结合成的核反应方程。（2）计算上述核反应中释放的核能.(已知1u相当于931.5MeV能量)
判天地之美，析万物之理
核裂变核聚变
一、核裂变
●核裂变：重核分裂成几个中等质量原子核并释放出核能的反应，称为核裂变。 ★铀核的裂变：用中子轰击铀核，铀核发生裂变，分裂成两个中等质量的原子核，从而释放出巨大能量。核裂变的方程:F:\精品教案\5、核裂变\资源库\3501.swf
• 问题1：写重核裂变方程应注意什么？ • （1）满足“质量数、核电荷数”守恒； • （2）只能用“ ”，不能用“=”； • （3）两边的中子不能约去
解：（1）
（2）E=3.26Mev
【课堂反馈】
1.
U 235
92
吸收一个慢中子后,分裂成
139 54
Xe
和94 38
Sr
,同
时还放出(
)
A．1个α粒子 B．1个氘核
C．2个中子 D．3个中子

2017_2018学年高中物理第三章原子核第5节核裂变课件教科版选修3_5

239 的，因此选项A、B错误，C正确。用中子轰击 235 92 U和 94 Pu(钚)
等少数几种重元素才能发生裂变反应，D错误。
答案：C
裂变反应堆
原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务。裂变反应堆的结构和工作原理如下表所示：
组成部分裂变材料 (核燃料) 慢化剂 (减速剂)
2．工作原理核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高。 3．能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。 4．注重核污染的防护
1．判断： (1)铀核的裂变是一种天然放射现象。 ( )
(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。 ( (3)铀核裂变时会吸收大量的能量。 (4)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变。 (5)核能发电对环境的污染比火力发电要小。 ( ( ( ) ) ) )
学之窗
第三章原子核
第 5 节核考向二
考之向
梦之旅
第5节
核裂变
一、核裂变 1．定义重核分裂为几个中等质量原子核的过程。 2．裂变常见的方程
1 235 U ＋ 0n 92
89 1 ―→144 56Ba＋36Kr＋30n
[特别提醒] 同。
同一重核发生裂变时，产生的中等核可能不
解析：要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积(或临界质量),故A、D错，C对,铀235俘获慢中子发生裂变的概率大,快中子使铀235发生裂变的几率小,故B错。
答案：C
重核的裂变
[例 1] 我国秦山核电站第三期工程中有两个 60 万千瓦的
发电机组，发电站的核能来源于235 92U 的裂变，现有 4 种说法： ①235 92U 原子核中有 92 个质子，有 143 个中子 ②235 92U 的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反

高中物理第3章原子核5核裂变课件教科版选修3-5

核电站
[先填空] 1．核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆． 2．减速剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水．
3．控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒． 4．能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．
3．链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应． 4．链式反应的条件发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量．
重核裂变核能计算的方法解答这类问题，一般是先根据核反应方程求出一个重核裂变时发生的质量亏损，由质能方程计算出释放的能量，然后用阿伏伽德罗常数把核能与重核质量联系起来；另外，在计算过程中要注意单位的统一．
知识点一
学5.Βιβλιοθήκη 裂变业分层测
评
知识点二
核裂变与链式反应
[先填空] 1．核裂变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． 2．铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是29325U＋10n―→15464Ba＋8396Kr＋310n.
5．核污染及防护核废料具有强烈的放射性，并且持续时间非常长．为保证核电站的安全，新建的核电站设有核燃料芯块的密封包壳、回路系统的密封设施及核电站的安全壳．
1核电站释放的核能是一个个核反应释放核能积累的结果：E＝n·ΔE，ΔE ＝Δmc2，n＝Mmmol·NA.

高中物理第三章原子核第5节第6节第7节粒子物理学简介选学课件教科版选修3

四、可控热核反应与恒星演化中的核反应 1．聚变反应堆：受控聚变情况下释放能量的装置． 2．太阳等恒星内部进行的核反应是轻核聚变反应．五、粒子 1．“基本粒子”：直到 19 世纪末，人们认为光子、电子、质子、中子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由中子、质子、电子组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构．因此， 20 世纪后半期，就将“基本”二字去掉，统称粒子．
要点二重核裂变释放的核能的计算
1．铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀 235 核裂变时释放的能量如果按 200 MeV 估算，1 kg 铀 235 全部裂变放出的能量相当于 2 800 t 标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温． 2．计算释放的核能：质量单位为“u”时，可直接用“1 u 的质量亏损放出能量 931.5 MeV”计算总能量；当质量单位为“kg”时，直接乘以(3.0×108)2，总能量单位为焦耳．
[判断辨析] (1)核聚变时吸收能量．( × ) (2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．( √ ) (3)实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受热核反应所需的温度．( √ ) (4) 太阳目前正处于氢通过热核反应成为氦，以电磁波的形式向外辐射核能的阶段．( √ )
的核能． 2 个反应——链式反应、热核
3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的反应
速度以及如何防止核污染． 1 个条件——链式反应的条件
4.知道什么是聚变反应，会计算核聚变中释放的核能．
5.了解可控热核反应及其研究和发展.

2021版高中物理第三章原子核 3.5 核裂变课件教科版选修3-5

解析 (1)锆的电荷数 Z＝92－60＋8＝40，质量数 A＝236－146 ＝90；核反应方程中应用符号9400Zr 表示． (2)1 kg 铀 235 的铀核数为 n＝1203050×6.02×1023＝2.56×1024(个) 不考虑核反应中生成的电子质量，一个铀核反应发生的质量亏损为 Δm＝mU＋mn－mNd－mZr－3mn ＝0.212 u 因此 1 kg 铀 235 完全裂变产生的能量约为 E＝n·Δm×931.5 MeV ＝2.56×1024×0.212×931.5 MeV ＝5.06×1026 MeV.
2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，使反应区温度升高． 3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外
循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电． 4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用
来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下或海底．
二、核电站 1．核电站：是利用核能发电，它的核心设施是核反应堆．它主
要由以下几部分组成： (1)燃料：铀棒 (2)减速剂：铀 235 容易捕获慢中子发生反应，可采用石墨、重水、普通水作减速剂． (3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反应的速度．
【例 2】现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是： 29325U＋10n→16403Nd＋Zr＋310n＋8－10e＋γ (1)核反应方程中的 γ 是中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数． (2)已知铀(U)核的质量为 235.043 9 u，中子质量为 1.008 7 u，钕(Nd)核质量为 142.909 8 u，锆核质量为 89.904 7 u；又知 1 u ＝1.660 6×10－27kg，试计算 1 kg 铀 235 大约能产生的能量是多少？答案 (1)40 90 (2)5.06×1026 MeV

高中物理第3章5核裂变课件教科选修35教科高二选修35物理课件

第三十五页，共四十七页。
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2．(多选)山东荣成石岛湾核电站总装机规模 400 万千瓦．核电站与火电站相比较，其优势在于( )
A．核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量 B．就储能来说，地球上核燃料资源远多于煤炭 C．核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站 D．核电站比火电站更容易建造
第十七页，共四十七页。
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合作探究攻重难
第十八页，共四十七页。
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对铀核裂变和链式反应(liàn shì fǎn yìng)的分析
1．铀核的裂变和裂变方程 (1)核子受激发：当中子进入铀 235 后，便形成了处于激发状态
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出 2 或 3 个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，
第十五页，共四十七页。
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3．(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( ) A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B．镉棒的作用是控制反应堆的功率 C．铀棒的作用是控制反应堆的功率 D．石墨的作用是吸收中子
第十六页，共四十七页。
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AB [铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故 A 正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故 B 正确，C 错误；慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故 D 错误．]
释放出越来越多的核能．
第十九页，共四十七页。
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(3)常见的裂变方程 ①23952U＋10n―→13594Xe＋9358Sr＋210n. ②23952U＋10n―→14546Ba＋8396Kr＋310n.

高中物理第3章原子核6核聚变7粒子物理学简介选学课件教科版选修35

轻子不参与强相互作用子、μ 子中微子、τ 子、未发现内部结构
τ 子中微子
第三十二页，共41页。
强子有内部结构，由
质子、中子、介子、
强子参与强相互作用
“夸克”构成；强子
超子
又可分为介子和重子
第三十三页，共41页。
3.夸克的分类夸克有 6 种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷是电子或质子所带电荷的23或13.每种夸克都有对应的反夸克．
知
识
学
点
业
一
(
x
6.核聚变
u
é
y
7．粒子物理学简介(选学)
è) 分
层
知
测评
识
点
二
第一页，共41页。
学习目标 1.知道聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展. 2.通过核能的利用，思考科学技术与社会进步的关系. 3.初步了解粒子物理学的基础知识. 4.了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神.
度
主要原料是氘，氘在地球上的储量
核裂变燃料铀在地球上储量有限，
原料的
非常丰富.1 L 海水中大约有 0.03 g
尤其用于核裂变的铀 235 在铀矿石
蕴藏量
氘，如果用来进行热核反应，放出
中只占 0.7%
的能量约与燃烧 300 L 汽油相当
第十五页，共41页。
速度比较容易进行人工控制，现在目前，除氢弹以外，人们还不能控
第十页，共41页。
1．聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离 10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温． 2．轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．

2019高中物理第三章第6节核聚变课件教科选修3_5

第6节
核聚变
一、热核反应 1．核聚变 _轻__原__子__核__聚合成较重原子核的反应。 2．核聚变较裂变的优越性 (1)相同质量的燃料下，放出的能量更多。 (2)不产生放射性废料。 (3)燃料储量非常丰富。
3．热核反应因为核聚变要在高达 108 K 的温度下才能发生，故核聚变反应也称热核反应。 4．热核反应的应用目前主要用在核武器上，如氢弹。二、可控核聚变反应 1．托卡马克是一种环形磁约束受控热核反应装置，也叫环流器。 2．超导托卡马克把超导技术应用在产生托卡马克强磁场的线圈上。
重核裂变与轻核聚变的对比
比较项目
重核裂变
轻核聚变
放能原理
把重核分裂成两个或多个中等质量的核，并释放出核能
两个轻核结合成质量较大的核，并释放出核能
放能多少
聚变反应平均每个核子释放的核能比裂变反应要大得多
核废料的处理难度
比较困难
比较容易
原料的蕴藏量储量较少，特别是29325U 主要原料氘储量非常丰富
3．聚变比裂变反应放出更多能量的原因
(1)平均每个核子释放能量较多，是裂变反应的 2～3 倍。如
一个氚核和一个氘核结合成一个氦核时放出能量 17.6 MeV，平
均每个核子放出能量约 3.5 MeV；而铀 235 裂变时，平均每个
核子放出能量为 1 MeV。
(2)同样质量的情况下，轻核的核子个数多，如氘和氚聚变
变反应中释放的核能约为
()
A．3.7 MeV
B．3.3 MeV
C．2.7 MeV
D．0.93 MeV
[解析] 氘核聚变反应的质量亏损为 Δm＝2×2.013 6 u－ (3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为 ΔE＝Δmc2＝ 0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项 B 正确。

高中物理选修3-5配套课件第三章 5

5核裂变[学习目标] 1.知道什么是核裂变.2.知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能.3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及如何防止核污染．一、核裂变1．核裂变重核被中子轰击后分裂成两个(或几个)中等质量原子核，并放出核能的过程．2．铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是235U＋1092n→144 56Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应称为链式反应．4．链式反应的条件(1)铀块的体积大于等于临界体积．(2)有足够数量的慢中子．二、核电站1．核反应堆：利用核能发电的核心设施是核反应堆．它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒．(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，可采用石墨、重水、普通水作减速剂．(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反应的速度．2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，使反应区温度升高．3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下或海底．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．(×)(2)铀块的体积大于或等于临界体积时链式反应才能不停地进行下去．(√)(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．(×)(4)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变．(×)(5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．(√)(6)核反应堆用过的核废料无毒无害．(×)2．当235 92U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：235 92U＋10 n→139 54Xe＋9438Sr＋310n.已知235 92U的原子质量为235.043 9 u，10n的原子质量为1.008 7 u，139 54Xe的原子质量为138.917 8 u，9438Sr的原子质量为93.915 4 u，且1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV，此裂变反应释放出的能量是________MeV.答案 1.8×102解析ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)×9.3×102 MeV≈1.8×102 MeV.一、核裂变及链式反应[导学探究]如图1为铀核裂变示意图．图1(1)什么是裂变？写出上述铀核裂变的核反应方程．(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？答案(1)重核分裂成几个中等质量原子核的现象称为核裂变．上面这个过程可以用下面的方程式来表示235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n(2)铀块体积应大于或等于临界体积、要有足够数量的慢中子才能发生链式反应．[知识深化]1．常见的裂变方程(1)235 92U＋10n―→139 54Xe＋9538Sr＋210n(2)235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n2．链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积．体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核．(2)有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子．3．铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应．4．核裂变时发生质量亏损，放出能量．例1铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是()A．铀块的质量是重要因素，与体积无关B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D．能否发生链式反应与铀的质量无关答案 C解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积时则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．二、重核裂变释放的核能的计算[导学探究]下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程：235 92U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n.已知铀235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中质量亏损是多少？释放的总能量是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量)答案质量亏损是反应前的总质量减去反应后的总质量：Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u＝0.150 7 u释放的总能量为ΔE＝931.5×0.150 7 MeV＝140.377 05 MeV.[知识深化]1．铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．2．计算释放的核能：质量单位为“u”时，可直接用“1 u的质量亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量；当质量单位为“kg”时，直接乘以(3.0×108)2，总能量单位为焦耳．例2用中子轰击铀核(235 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．它们的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．答案10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J解析铀核裂变方程为10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n，则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝3.578×10－28 kg，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2J＝3.220 2×10－11 J.三、核电站1．核电站的主要组成：核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：部件名称项目减速剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态的金属钠很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子，控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染2.核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大，所能提供的能量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．例3如图2所示是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是()图2A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些答案 B解析快中子容易与铀235“擦肩而过”，快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，要使反应更激烈，应使控制棒插入浅一些，选项C、D都错误．1．(对核裂变的理解)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应为235 92U＋10 n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n，下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B错；铀核的链式反应可人工控制，C对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错．2．(核反应堆的认识)如图3所示，镉棒在核反应中的作用是()图3A．使快中子变成慢中子B．使慢中子变成快中子C．使反应速度加快D．控制反应速度，调节反应速度的快慢答案 D解析在核反应堆中石墨使快中子变为慢中子，镉棒吸收中子，控制反应速度，调节反应速度的快慢．3．(对裂变方程的理解)在众多的裂变反应中，有一种反应方程为235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋a X，其中X为某种粒子，a为X的个数，则()A．X为中子，a＝2 B．X为中子，a＝3C．X为质子，a＝2 D．X为质子，a＝3答案 B解析根据核电荷数守恒可知，X的电荷数为0，X必为中子10n，由质量数守恒可知a＝3，选项B正确．4．(裂变释放核能的计算)铀核(235 92U)裂变成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)．已知235 92U、141 56Ba、9236Kr以及中子的质量分别是235.043 9u、140.913 9 u、91.897 3 u和1.008 7 u．(已知1 u相当于931.5 MeV 的能量)(1)试写出铀核裂变反应方程，并计算1个235U核裂变时放出的核能；(2)我国秦山核电站的装机容量为3.0×105 kW，假如全部235U都能够发生这样的裂变，释放核能的1.2%可转化为电能，试由此估算电站1年要消耗多少235U?92答案(1)235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n200.6 MeV(2)9.6×103 kg解析(1)核反应方程为235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n，核反应中的质量亏损为Δm＝235.043 9 u－140.913 9 u－91.897 3 u－2×1.008 7 u＝0.215 3 u则一个235U核裂变所释放的能量为ΔE＝0.215 3×931.5 Mev＝200.6 Mev.(2)核电站1年所产生的电能为E＝Pt，t＝365×24×3 600 s.每摩尔235U全部裂变所释放的能量为N A·ΔE，N A为阿伏伽德罗常量，而235U的摩尔质量为M U＝0.235 kg/mol，所以电站1年要消耗的235 92U的质量m＝Pt－11 JηN AΔE M U，其中ΔE＝200.6 MeV＝3.2×10代入数据得m＝9.6×103 kg.一、选择题考点一重核的裂变及裂变过程1．当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A．含有的总质子数比裂变前重核的质子数少B．含有的总中子数比裂变前重核的中子数多C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可能是多种形式的两个核的组合答案 D解析一个重核裂变时，在产生两个核的同时，也放出中子，所以新产生的两个核的总中子数比裂变前重核的中子数要少，两个核的总质子数与裂变前重核的质子数相等，选项A、B 错误；裂变时放出的能量主要是反应前后质量亏损而产生的能量，要远大于俘获中子时得到的能量，C项错误；重核裂变的产物是多种多样的，D项正确．2．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法中正确的是()A．这个实验的核反应方程是235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋10nB．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D实验中产生的γ射线穿透能力极强答案 D解析根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr ＋310n，选项A错误；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C错误；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，选项D正确．3．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列核反应中，属于核裂变反应的是()A.10 5B＋10n→73Li＋42HeB.238 92U→234 90Th＋42HeC.14 7N＋42He→17 8O＋11HD.235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n答案 D4．一个235 92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为235 92U＋10n→X＋9438Sr ＋210n，则下列叙述正确的是()A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少答案 A解析X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误．考点二核电站5．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的主要组成部分是() A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统D．原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统答案 A解析核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水或普通水；③控制调节系统，用控制棒控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆的热量传输出去，用于发电，故A正确，B、C、D错误．6．(多选)为使链式反应平稳进行，可采用下列办法中的()A．铀块可制成任何体积B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C．通过慢化剂使产生的中子减速D．用镉棒作为控制棒，控制反应的剧烈程度，使反应平稳进行答案CD解析铀块小于临界体积将不会发生裂变反应，A错；中子的速度不能太快，否则会与铀核“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，B错；镉棒吸收中子，控制反应剧烈程度，使反应平稳进行，D对；通过慢化剂使中子减速，目的是使中子更容易被铀核俘获，发生链式反应，C对．考点三核裂变释放核能的计算7．(多选)核电站的核能来源于235 92U核的裂变，下列说法中正确的是()A ．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理B.235 92U 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如139 54Xe 和9538Sr ，反应方程式为235 92U ＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋210nC.235 92U 原子核中有92个质子、143个中子D ．一个235 92U 核裂变的质量亏损为Δm ＝0.215 5 u ，则释放的核能约201 MeV 答案 BCD解析反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A 错误；发生核反应的过程满足电荷数守恒和质量数守恒，可判断B 正确；92为U 元素的质子数，中子数为235－92＝143，故C 正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE ＝0.215 5×931.5 MeV ≈201 MeV ，故D 正确．8．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196 MeV 的能量，则1 g 纯235 92U 完全发生核反应时放出的能量为(N A 为阿伏伽德罗常量)( ) A ．N A ×196 MeV B ．235N A ×196 MeV C ．235×196 MeV D.N A235×196 MeV 答案 D解析由于1 mol 的铀核质量为235 g,1 g 铀235为1235 mol ，因此1 g 纯235 92U 完全发生核反应时释放的能量ΔE ＝N A235×196 MeV ，故D 正确．二、非选择题9．(裂变释放核能的计算)现有的核电站常用的核反应之一是：235 92U ＋10n ―→143 60Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋ν(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀核的质量为235.043 9 u ，中子的质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核的质量为142.909 8 u ，锆(Zr)核的质量为89.904 7 u ，试计算1 kg 铀235裂变释放的能量为多少？(1 u ＝1.660 6×10－27kg)答案 (1)40 90 (2)8.1×1013 J解析 (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90. 核反应方程中用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235中铀核的个数为n ＝1235.043 9×1.660 6×10－27(个)＝2.56×1024(个) 不考虑核反应中生成的电子质量， 1个铀235核裂变产生的质量亏损为 Δm ＝0.212 u ，释放的能量为ΔE ＝0.212×931.5 MeV ≈197.5 MeV 则1 kg 铀235完全裂变释放的能量为 E ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5 MeV ≈8.1×1013 J.10．(核裂变反应的综合应用)在可控核反应堆中需要使快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂．中子在重水中可与21H 核碰撞减速，在石墨中与12 6C 核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？答案用重水作减速剂减速效果更好解析设中子质量为M n ，靶核质量为M ，由动量守恒定律得M n v 0＝M n v 1＋M v 2 12M n v 02＝12M n v 12＋12M v 22 解得v 1＝M n －M M n ＋Mv 0在重水中靶核质量M H ＝2M n ， v 1H ＝M n －M HM n ＋M Hv 0＝－13v 0在石墨中靶核质量M C ＝12M n ， v 1C ＝M n －M C M n ＋M Cv 0＝－1113v 0与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．。

高中物理第三章6核聚变课件教科版选修3_5

辐射出来的能量约为3.8×1026J,相当于1 000亿亿吨煤燃烧所放出
的能量,其中20亿分之一左右的能量被地球接收.
1.热核反应 (1)定义:把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应.轻核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫热核反应. (2)核反应举例:12H+13H→ 24He+10n (3)特点:在消耗相同质量的核燃料时,核聚变反应比重核裂变反应能释放更多的能量;核聚变反应没有放射性废料产生;核聚变反应所用的燃料储量丰富.热核反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身就可以使反应进行下去. 2.可控核聚变反应研究的进展受控聚变情况下释放能量的装置,称为聚变反应堆.20世纪下半叶,聚变能的研究取得了重大的进展,一种称作托卡马克受控热核反应的研究领先于其他途径. 核聚变是一种安全、不产生放射性物质、原料成本低廉的能源, 是人类未来能源的希望.
1.核聚变 (1)聚变发生的条件要使轻核聚变,必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15 m,这要克服电荷间强大的斥力作用,要求使轻核具有足够大的动能.要使原子核具有足够大的动能,就要给它们加热,使物质达到几百万开尔文的高温. (2)轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看,轻核聚变后比结合能增加,因此聚变反应是一个放能反应.
6 核聚变
1.知道轻核的聚变反应. 2.知道热核反应,关注受控聚变反应研究的发展. 3.了解物理学是怎样解释恒星的演化的.
如图所示,太阳在我们日常生活中是无可替代的,它提供给地球足够的能量,如果说太阳一旦没有了,那么地球上的一切生物都将随之消失.那么,太阳的巨大能量来源于什么呢?
你知道这其中蕴含的物理知识吗? 提示:太阳的巨大能量就是核聚变产生的.几十亿年来,太阳每秒
(3)核聚变的特点

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K12课件
3
• 问题1：写重核裂变方程应注意什么？ • （1）满足“质量数、核电荷数”守恒； • （2）只能用“ ”，不能用“=”； • （3）两边的中子不能约去
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学习活动一：在核裂变
反应中，
质量亏损Δm=0.2153u，则:（1）一个铀核
裂变释放多少能量E？平均每个核子释放的
能量E0是多少
判天地之美，析万物之理
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核裂变核聚变
K12课件
2
一、核裂变
●核裂变：重核分裂成几个中等质量原子核并释放出核能的反应，称为核裂变。 ★铀核的裂变：用中子轰击铀核，铀核发生裂变，分裂成两个中等质量的原子核，从而释放出巨大能量。核裂变的方程:F:\精品教案\5、核裂变\资源库\3501.swf
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核电站
K12课件
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核电站
★核电站的核心部位——核反应堆：在人为控制下安全进行链式反应
核燃料：用浓缩铀制成的铀棒 ★核反应堆
慢化剂（石墨、重水和普通水）：使快中子慢中子（热中子）
镉棒：吸收中子，控制反应速度混凝土防护层
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二、核聚变
核聚变：把轻原子核聚合成较重原子核的反应（氢弹主要利用的核聚变）
解：（1）
（2）E=3.26Mev
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【课堂反馈】
1.
235 92
U
吸收一个慢中子后,分裂成
139 54
Xe
和94 38
Sr
,同
时还放出(
)
A．1个α粒子 B．1个氘核
C．2个中子 D．3个中子
K12课件
15
2.设质子、中子、氘核的质量分别为m1、
m2和m3,那么,当一个质子和一个中子结合
成一个氘核时,释放的能量是(
)
A．m
B．(m1+m2)
C．(m3-m2-m1) D．(m1+m2-m3)
K12课件
16
量（2）核聚变没有象核裂变产生放射性废料（3）核聚变的燃烧氘在地球上非常丰富
K12课件
13
学习活动五：已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，32He核的质量为 3.0150u.（1）写出两个氘核结合成的核反应方程。（2）计算上述核反应中释放的核能.(已知1u相当于931.5MeV能量)
K12课件
11
• 问题3：核聚变有何条件？
原子核带正电，之间存在库仑斥力，故需要足够高的温度（足够的动能）使两原子核达到核力的作用范围，然后通过核力作用发生聚变，此后就不需要外界再提供能量，靠自身的能量就可以使反应继续
K12课件
12
问题4：核聚变为何又称“热核反应”？问题5：核聚变与核裂变相比有那些优点（1）相同质量的燃烧核聚变能释放更多的能
K12课件
6
• 链式反应:核裂变释放出能量的同时，平均每次可以放出2—3个中子，这些中子又轰击其他核，使之发生裂变，这样不断继续，使裂变反应就会持续进行，就形成了裂变的链式反应（原子弹就是利用重核的裂变）
K12课件
7
• 问题2：链式反应的维持需要什么条件？铀块体积足够大
临界体积：通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。
解：E=Δm×931.5Mev=200.55Mev
E0=E/235=0.853Mev
K12课件
5
（2）1g这样的铀（原子核质m=235.0439u）发生裂变放出多少能量E？这些能量相当于燃烧多少煤所释放的化学能（无烟煤的燃烧3.35× J/kg）？
解：E=8.22×10 J m=2450kg