高二物理 选修3-5 19.6 核裂变与核聚变

例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
3 He 2
核的质量为3.0150u。求：
3 He 2
（1）写出两个氘核聚变成
的核反应方程式
（2）计算上述核反应中释放的核能。
【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方 程即可求出反应释放的核能。 解答： （1）
2 1
H H He n
1938年，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼发现用 1 235 中子 0 n 轰击 92U ，竟然产生出了 141 Ba 56
奥地利物理学家迈特纳和弗里施发现 U 被轰击后产 236 生出一种同位素 92U ，形状也变得不稳定，并最终分 裂为两块碎片，同时放出中子 弗里施觉得这个现象和细胞的分裂比较像，所以把这 个核反应命名为核裂变
17.6 = 3.52MeV却是铀裂变（ 23
201 = 0.852MeV）的约4倍。 235 1
1、轻核聚变的条件： 核子要距 离十分近
几百万度 高温
加热 高温
热核反应
条件、应用
使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10-15m的距离。 为了克服巨大的库仑力，需要使原子核有极大的动 能。 一般的办法是把它们加热到很高的温度。通常需要 几百万度以上的高温。 为了获取高热，常常使用重核裂变作为“引子”。所 以，原子弹可以作为氢弹的“雷管”。
3 1000 3 10000
请计算铀裂变时释放的能量
mu 390.313910 kg
27
mBa 234.00161027 kg
mn 1.674910 kg mkr 152.60471027 kg
27
求：（1）该核反应释放的能量 （2）平均每个核子释放的能量 ΔE=200.55MeV
质量数和电荷数都守恒 3、核反应的能量来源分析： 爱因斯坦的相对论指出,物体的能量荷质量 之间存在着密切的联系. 4、质能方程： E＝mc2 Δ E＝Δ mc2
一.利用核能的途径
要质量有亏损，是利用核能的先决条件。
核反应前物质的核子数和反应后的核子数相等。
要实现“反应后的质量＜反应前的质量”，如果 我们引进“核子平均质量”，则核反应前核子平均 质量比反应后的核子平均质量较大。
2 1 3 2 1 0
（2）由题给条件可求得质量亏损为：
Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u ∴释放的核能为 ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV
?
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。
发生链式反应的条件：
1、铀块的纯度必须足够高；
2、铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于 临界体积。 大约1kg或直径4.8cm的球形铀块
(3)重核裂变的应用
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 核电站 石墨、重水或普通水，用于减 减速剂： 小中子的速度 控制棒：镉，用于 吸收中子，控制 核反应的快慢。 原子弹： 不可控的核反应
氢弹
世界第一颗氢弹——麦克 我国第一颗氢弹爆炸生成的蘑菇云 “麦克”爆炸 成功
四、热核反应
1.学生阅读解决—— (1)什么是热核反应 (2)太阳的能源来自热核反应 (3)什么是可控热核反应 (4)氘核,氚核的来源 2、 热核反应的优点： （1）热核反应释放的能量比裂变大得多。 （2）反应后的废物较易处理。 （3）原料易得。
235 92
二.重核裂变-----以铀核的裂变为例
（1）一种典型的铀核裂变
235 92
3 n 200.6MeV U + n→ Ba+ Kr + ____
1 0 141 56 92 36
1 0
二分裂 裂变产物不是唯一确定的，有时还会发生三分裂 和四分裂。我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇1946年 在巴黎首次发现了铀的三分裂和四分裂。但是，铀的 的三分裂和四分裂概率是相当小的.
原子弹爆炸时的蘑菇云
“小男孩”（前）和“胖子”
三、轻核聚变
某些轻核结合成质量较大的核的核反应过 程，同时放出大量的核能。
例： 3 H
1
H He n 17.6MeV
2 1 4 2 1 0
计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个 量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少， 但平均每个核子产生的能量
复习:
1、完成下列的核反应方程式：
235 92
U n
1 0
138 56
Ba Kr ( 3 n )
95 36
3 2
1 0
2 1
H H n ( He )
2 1 1 0
226 88 14 6
Ra
0 1
222 86
Rn ( He )
4 2
C e(
14 7
N )
2、核反应遵循的基本规律：
235 24 U 1kg 含有2.56×10 个 92U ，如果全部发生核 235 92
裂变，放出的能量为8.2×1013J
（2）链式反应：
235 92
U + n→ Ba + Kr
235 92 141 56 92 36
1 0
141 56Βιβλιοθήκη Baidu
92 36
+30 n
1
U → Ba + Kr ?
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代 继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应． 一块铀会不会因为不知道从哪儿飞来的一块中子就引 发链式反应呢