重核裂变和链式反应优秀课件
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重核裂变课件
重核裂变课件一、引言核裂变是指重核在吸收中子后，发生核反应，分裂成两个或多个较轻的核，并释放出大量能量的过程。
这一现象最早由德国物理学家奥托·哈恩在1938年发现，其研究成果为人类开发核能奠定了基础。
本课件旨在介绍重核裂变的基本原理、反应类型、应用领域及安全控制等方面的知识。
二、重核裂变的基本原理1.核裂变过程重核裂变是指重核在吸收一个中子后，发生核反应，分裂成两个较轻的核，并释放出大量能量的过程。
裂变过程中，重核吸收一个中子后，形成一个复合核，该复合核处于激发态，不稳定。
随后，复合核发生形变，两个较轻的核在形变过程中分离，同时释放出两个或多个中子、大量的能量以及γ射线。
2.裂变链式反应在裂变过程中，释放出的中子可以继续引发其他重核发生裂变，形成链式反应。
为了维持链式反应，必须满足临界条件，即裂变产生的中子数量等于或大于吸收的中子数量。
在实际应用中，通过控制棒等手段调节中子数量，实现对链式反应的控制。
3.裂变产物及能量释放重核裂变产物主要包括两个较轻的核（裂变碎片）、释放的中子、能量（包括裂变能和γ射线能量）。
裂变能是指裂变过程中释放的核能，其大小约为200MeV。
这些能量主要以热能形式释放，可用于发电、供热等。
三、重核裂变的反应类型1.可控链式反应在核电站中，通过控制棒等手段调节中子数量，使裂变反应恰好维持在一个稳定的水平，实现可控链式反应。
这种反应产生的能量可以用来发电，为人类提供清洁、高效的能源。
2.不可控链式反应在核武器中，利用不可控链式反应产生的大量能量，实现爆炸效果。
不可控链式反应的特点是裂变产生的中子数量迅速增加，导致反应速度急剧加快，直至燃料耗尽。
3.加速器驱动系统（ADS）加速器驱动系统是一种新型核裂变技术，通过粒子加速器产生高能中子，激发重核发生裂变。
ADS具有较高的安全性，可以有效地处理核废料，同时实现能量高效利用。
四、重核裂变的应用领域1.核能发电核能发电是重核裂变最重要的应用领域。
高二物理《核裂变》课件
探究问题三：核反应堆中各组成 部分在和反应中起什么作用？核 能发电的优点、缺点各是什么？
核电站的核心是核反应堆，其简化示意图如下：
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 慢化剂
3．核电站与火电站相比 (1)优点
①核电站消耗的燃料很少． ②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量 很大． ③火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放 出的污染物要少得多．
探究问题二：
Δm=0.2153u E=200.55Mev
1kg铀235全部裂变时放出的能量 就相当于2800t标准煤完全燃烧时释 放的化学能
原子弹
原子弹是利用重核裂变的链式反 应制成的，在极短时间内能够释放 大量核能，发生猛烈爆炸
1945年7月16日，第一颗原子弹在 新墨西哥州的荒漠上爆炸成功，其 爆炸威力相当于1.8万吨TNT炸药
收聚式（内爆式)结构
内爆式结构原子弹则是利用突然增加压力， 从而增加密度的方法达到超临界。
在内爆式结构中，将高爆速的烈性炸药制成 球形装置，将小于临界质量的核装料制成小球， 置于炸药中。通过电雷管同步点火，使炸药各 点同时起爆，产生强大的向心聚焦压缩波(又 称内爆波)，使外围的核装药同时向中心合拢， 使其密度大大增加，也就是使其大大超临界。 再利用一个可控的中子源，等到压缩波效应最 大时，才把它“点燃”。这样就实现了自持链式 反应，导致极猛烈的爆炸。
全球目前共有可运营核电机组439台，其中 美国作为最大的核电发展国家，拥有99台核电 机组，发电量占其电力来源的19.5%，而排名 第二的法国拥有58台机组，核电占比达到 76.9%，是全球对核电依赖最大的国家。相比 之下，尽管中国核电装机容量已达世界第四， 但2015年核电占国内电力来源比例仅有3%， 75%的电力仍然依赖于燃煤火电。不过如果根 据远期规划数量和装机容量来看，雄心勃勃的 中国目标直指世界第一核电国家，全部完工后 的装机容量总和将是美国的两倍。
《核裂变与链式反应》讲义
《核裂变与链式反应》讲义一、教材版本与章节介绍咱们今天讲的内容来自鲁科版高中物理必修1，在第1章绪论之后，还有关于碰撞与动量守恒等有趣的章节，咱们现在聚焦在第四章原子核里的第五节裂变和聚变中的核裂变与链式反应这部分内容。
这部分内容就像是打开核能神秘大门的一把小钥匙，只要跟着老师我一起，保准你能轻松理解。
二、核裂变是啥玩意儿？同学们，咱们先来说说核裂变。
简单来讲呢，核裂变就是那些很重很重的原子核啊，它们分裂成两个或者好几个质量比较小的核的这么一个反应。
就好比一个超级大的家庭突然分成了好几个小家庭一样。
那这个过程呢，还会释放出能量，这个能量可不得了，咱们给它取了好几个名字，像裂变能、核能或者原子能。
比如说铀核或者钚核这些重核就特别容易发生这种裂变反应。
想象一下，那些原本紧紧抱在一起的重核里面，就像藏着巨大的能量宝藏，一旦发生裂变，就相当于把宝藏释放出来啦。
三、链式反应的神奇之处1、链式反应的概念那什么是链式反应呢？这可就更有趣了。
当一个中子去撞击铀核，让铀核发生裂变的时候啊，这个铀核裂变的同时呢，会放出2到3个中子。
这就好比一个小石子投入平静的湖面，溅起好多小水花一样。
这些放出来的中子如果再去撞击其他的铀核，让其他铀核也发生裂变，然后新裂变的铀核又放出更多的中子，这样一代接一代地继续下去，就像一条锁链一样，一环扣一环，反应就不断地进行下去了，而且还会越来越强烈呢。
这就是链式反应啦。
2、链式反应的条件不过呢，链式反应可不是想发生就能发生的，它是有条件的。
首先啊，发生裂变物质的体积得够大才行，要大于临界体积。
这个临界体积就像是一个门槛，如果裂变物质的体积比这个临界体积小，那链式反应就没法顺利开展啦。
就好比你要办一场超级热闹的派对，场地得足够大才行，如果场地太小，人都挤不进去，派对就热闹不起来了。
还有一个条件呢，就是得有持续不断的中子源。
就像咱们刚刚说的，没有这个中子源，就没有最初去撞击铀核的中子，那整个链式反应就没法开始，就像没有点火的鞭炮，怎么可能炸响呢？四、核反应堆的构成与作用1、核反应堆的组成部分那为了能让核裂变和链式反应乖乖听话，咱们人类发明了核反应堆。
2024版第六节重核的裂变共13张PPT
10
03
重核裂变的实验方法与观测技术
2024/1/29
11
裂变实验的基本方法与原理
静态裂变实验
通过测量静止重核自发裂变产生的碎片来研究裂变过程。这种方法可以精确测量裂变碎片的质量、电荷和动能分 布。
动态裂变实验
利用加速器加速重核至一定能量后诱发裂变，通过测量裂变碎片的飞行时间、角度和能量来研究裂变过程。这种 方法可以研究不同入射能量下的裂变特性。
7
原子核的液滴模型与裂变机制
2024/1/29
原子核的液滴模型
将原子核视为由核子组成的液滴，通过表面张力和库仑斥力维持平衡。当原子核吸 收中子后，液滴变得不稳定，可能发生裂变。
裂变机制
重核裂变通常通过慢中子或快中子轰击引发。中子被吸收后，原子核形成激发态的 复合核，经过一系列内部结构调整和能量释放，最终分裂成两个或多个中等质量的 核碎片。
高精度寿命测量 通过测量重核裂变产物的半衰期等参数，研究裂 变过程中的核结构变化和反应动力学。
高精度角分布测量
3
利用高精度探测器阵列，对重核裂变产物的角分 布进行测量，以揭示裂变过程中的核形状变化和 反应机制。
2024/1/29
21
重核裂变理论模型的完善与发展
2024/1/29
微观理论模型的深入研究
基于量子力学等微观理论，深入研究重核裂变的微观机制和核结 构效应，提高理论模型的精度和可靠性。
宏观-微观理论模型的结合
将宏观模型和微观模型相结合，综合考虑核的宏观性质和微观结构 效应，建立更完善的重核裂变理论模型。
多体理论模型的发展
发展多体理论模型，考虑重核裂变过程中多个核子的相互作用和关 联效应，以更准确地描述裂变过程。
人教版物理选修35重核的裂变ppt课件22页
重要性；
❖ （3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过 程必然遵循能量守恒的观点。
❖ 教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方
程式的书写。
❖ 教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得 出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放 能量这一结论。
❖ 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 ❖ 教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、
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．”
第十四页，编辑于星期日：一点 二十六分。
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
（２）放射性沾染防护。
避开在沾染区或高照射量率的地区行动
及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染 人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短 时间
进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性 物质在人体内的存留
第十八页，编辑于星期日：一点 二十六分。
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
课件播放等。
第三页，编辑于星期日：一点 二十六分。
核反应
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 ．
原 子 核
电子
第四页，编辑于星期日：一点 二十六分。
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：
第十二页，编辑于星期日：一点 二十六分。
❖ （3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过 程必然遵循能量守恒的观点。
❖ 教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方
程式的书写。
❖ 教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得 出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放 能量这一结论。
❖ 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 ❖ 教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、
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．”
第十四页，编辑于星期日：一点 二十六分。
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
（２）放射性沾染防护。
避开在沾染区或高照射量率的地区行动
及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染 人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短 时间
进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性 物质在人体内的存留
第十八页，编辑于星期日：一点 二十六分。
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
课件播放等。
第三页，编辑于星期日：一点 二十六分。
核反应
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 ．
原 子 核
电子
第四页，编辑于星期日：一点 二十六分。
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：
第十二页，编辑于星期日：一点 二十六分。
重核的裂变 课件
1.核子是怎样分裂的? 提示: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,这会造成 核子间的距离增大, 由于核子间的距离增大,所以核力迅速 减弱,使得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,就这样裂变会不断地进行下去.
【规范解答】选D.重核裂变为两个中等质量的核时，会产 生两到三个中子，因而分裂后的中子数减小,A错；链式反 应的发生是有条件的，铀块的体积必须大于其发生链式反 应的临界体积，链式反应一旦发生，中子轰击铀核裂变产 生的中子再次引起其他铀核的裂变，且能不断继续下去，B、 C错；重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量 对外释放，D对.
ห้องสมุดไป่ตู้
2.核裂变放出(或吸收)核能的常用的计算方法: (1)根据质量亏损计算，ΔE=Δmc2. (2)利用原子质量单位u和电子伏特计算质量亏损1u时释放 能量为931.5 MeV，即1u=931.5 MeV. (3)根据能量守恒和动量守恒来计算核能.
典例1 关于重核裂变的说法正确的是( ) A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂 变后的两个中等质量核的中子数多 B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应 C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生 的中子 D.裂变过程中释放能量，质量亏损
生，最好用纯度较高的铀235.
4.是不是所有的核裂变都能放出核能？ 提示:不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应 后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不但不 放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量.只有重核 裂变和轻核聚变能放出大量的能量.
1.发生链式反应的条件: (1)要有足够浓度的铀235(浓缩铀)——因为铀235可以俘 获各种能量的中子. (2)要有足够数量的慢中子——因为铀235俘获慢中子的概 率大. (3)要有足够大的铀块,即铀核的体积不小于临界体积——不 会使中子还未碰到铀核就逸出铀块.
【规范解答】选D.重核裂变为两个中等质量的核时，会产 生两到三个中子，因而分裂后的中子数减小,A错；链式反 应的发生是有条件的，铀块的体积必须大于其发生链式反 应的临界体积，链式反应一旦发生，中子轰击铀核裂变产 生的中子再次引起其他铀核的裂变，且能不断继续下去，B、 C错；重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量 对外释放，D对.
ห้องสมุดไป่ตู้
2.核裂变放出(或吸收)核能的常用的计算方法: (1)根据质量亏损计算，ΔE=Δmc2. (2)利用原子质量单位u和电子伏特计算质量亏损1u时释放 能量为931.5 MeV，即1u=931.5 MeV. (3)根据能量守恒和动量守恒来计算核能.
典例1 关于重核裂变的说法正确的是( ) A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂 变后的两个中等质量核的中子数多 B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应 C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生 的中子 D.裂变过程中释放能量，质量亏损
生，最好用纯度较高的铀235.
4.是不是所有的核裂变都能放出核能？ 提示:不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应 后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不但不 放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量.只有重核 裂变和轻核聚变能放出大量的能量.
1.发生链式反应的条件: (1)要有足够浓度的铀235(浓缩铀)——因为铀235可以俘 获各种能量的中子. (2)要有足够数量的慢中子——因为铀235俘获慢中子的概 率大. (3)要有足够大的铀块,即铀核的体积不小于临界体积——不 会使中子还未碰到铀核就逸出铀块.
第六节-裂变ppt
子,反应方程式为___＋0 _1e__－_0 1_e_＝__2____,若正负电
子质量都为m,普朗克常数为h,则所产生的光 子频率为______m__C_2__。
h
练习
3. 一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子， 已知铀核的质量为3.853131×10-25 kg，钍核质
量为3.786567×10-25 kg，α粒子的质量为
解：Δm=0.1933u Δ E=931.5×0.1933=1.8 ×102 MeV
例题2. 如下一系列核反应是在恒星内部发生的，
p 162C 173N
173N 163C e
p 163C 174N p174N 185O
185O175N e p175N 162C
其中p为质子，α为α粒子，e+ 为正电子，ν为一
种中微子。已知质子的质量为mp =1.672648×10 -27kg ， α粒子的质量为mα=6.644929×10 -27kg，正电子的 质量为me=9.11×10-31kg，中微子的质量可忽略不计。 真空中的光速c=3×108 m/s。试计算该系列核反应完成 后释放的能量。
解： 将六个方程式相加，得到
4p
2 e +2 +
ΔE= mc2 =(4m p– m - 2me )c 2
代入数字，经计算得到
ΔE=3.95×10-12 J
练习
1、太阳辐射能量主要来自太阳内部的
[D ]
A. 化学反应
B. 放射性衰变
C. 裂变反应
D. 热核反应
2、正、负电子相遇时湮灭,同时产生一对光
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
原子弹爆炸时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖
子质量都为m,普朗克常数为h,则所产生的光 子频率为______m__C_2__。
h
练习
3. 一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子， 已知铀核的质量为3.853131×10-25 kg，钍核质
量为3.786567×10-25 kg，α粒子的质量为
解：Δm=0.1933u Δ E=931.5×0.1933=1.8 ×102 MeV
例题2. 如下一系列核反应是在恒星内部发生的，
p 162C 173N
173N 163C e
p 163C 174N p174N 185O
185O175N e p175N 162C
其中p为质子，α为α粒子，e+ 为正电子，ν为一
种中微子。已知质子的质量为mp =1.672648×10 -27kg ， α粒子的质量为mα=6.644929×10 -27kg，正电子的 质量为me=9.11×10-31kg，中微子的质量可忽略不计。 真空中的光速c=3×108 m/s。试计算该系列核反应完成 后释放的能量。
解： 将六个方程式相加，得到
4p
2 e +2 +
ΔE= mc2 =(4m p– m - 2me )c 2
代入数字，经计算得到
ΔE=3.95×10-12 J
练习
1、太阳辐射能量主要来自太阳内部的
[D ]
A. 化学反应
B. 放射性衰变
C. 裂变反应
D. 热核反应
2、正、负电子相遇时湮灭,同时产生一对光
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
原子弹爆炸时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖
核武器的基本原理PPT课件
核武器的基本原理
核聚变能量的释放
第一节 核武器的基本原理与特点
核武器指爆炸性核反应释放出的巨大能量对目 标造成杀伤破坏作用的武器。
条件：自持快速核裂变或聚变 1千克铀 = 2万吨TNT炸药爆炸时放出的能量 分类： 按作战任务使用范围可分为：
战略核武器、战役战术核武器； 按当量大小可分为：
千万吨级、百万吨级、十万吨级、万 吨级、千吨级和百吨级
核装料的存放必须小于临界质量，相 隔一定的距离已至于不会发生意外爆炸事 故。
球形的体积与表面积的比值最大，从 单位球形裂变材料中逃逸出来的中子数最 少，因此球形是临界质量最小的一种形状。 如采用裸球，235铀和239钚的临界质量分别 为 52 千 克 和 10 千 克 （ 235 铀 的 密 度 小 于 239 钚）。
“小男孩”广岛
三、 中子弹
中子弹又称弱冲击波强辐射弹。它在爆炸 时能放出大量致人于死地的中子，并使冲击 波等的作用大大缩小。中子弹的特点是只杀 伤人员等有生目标，而不摧毁如建筑物、技 术装备等设备，“对人不对物”。
中子是构成物质原子核的基本粒子之一， 它的质量与质子相同。中子不带电，从原子 核分裂出来的中子很容易进入原子核，人们 利用中子的这个特性，用它轰击原子核来引 出核子反应。这就是中子弹。中子弹在爆炸 释放大量的高能中子，是以高能中子辐射为 主要杀伤的小型氢弹。
中子弹爆炸后半小时辐射就消失，人 员暂时转入地道等隐蔽物即可有效防止 中子弹的伤害。
一、裂变性原子弹 （第一代铀弹和钚弹）
原子弹结构
（一）链式裂变反应
在核物理学上把能自持进行的原子裂变反应叫链 式反应。
实现自持核反应，必须用裂变核释放出的中子去 轰击其它重核引起裂变，新的裂变又释放出新的中子， 新的中子又去轰击其它重核引起裂变，依此不断进行。 如 235 铀 的 核 吸 收 一 个 中 子 后 发 生 裂 变 ， 平 均 能 放 出 2.56个中子，239钚平均能放出2.9～3.0个中子。
核聚变能量的释放
第一节 核武器的基本原理与特点
核武器指爆炸性核反应释放出的巨大能量对目 标造成杀伤破坏作用的武器。
条件：自持快速核裂变或聚变 1千克铀 = 2万吨TNT炸药爆炸时放出的能量 分类： 按作战任务使用范围可分为：
战略核武器、战役战术核武器； 按当量大小可分为：
千万吨级、百万吨级、十万吨级、万 吨级、千吨级和百吨级
核装料的存放必须小于临界质量，相 隔一定的距离已至于不会发生意外爆炸事 故。
球形的体积与表面积的比值最大，从 单位球形裂变材料中逃逸出来的中子数最 少，因此球形是临界质量最小的一种形状。 如采用裸球，235铀和239钚的临界质量分别 为 52 千 克 和 10 千 克 （ 235 铀 的 密 度 小 于 239 钚）。
“小男孩”广岛
三、 中子弹
中子弹又称弱冲击波强辐射弹。它在爆炸 时能放出大量致人于死地的中子，并使冲击 波等的作用大大缩小。中子弹的特点是只杀 伤人员等有生目标，而不摧毁如建筑物、技 术装备等设备，“对人不对物”。
中子是构成物质原子核的基本粒子之一， 它的质量与质子相同。中子不带电，从原子 核分裂出来的中子很容易进入原子核，人们 利用中子的这个特性，用它轰击原子核来引 出核子反应。这就是中子弹。中子弹在爆炸 释放大量的高能中子，是以高能中子辐射为 主要杀伤的小型氢弹。
中子弹爆炸后半小时辐射就消失，人 员暂时转入地道等隐蔽物即可有效防止 中子弹的伤害。
一、裂变性原子弹 （第一代铀弹和钚弹）
原子弹结构
（一）链式裂变反应
在核物理学上把能自持进行的原子裂变反应叫链 式反应。
实现自持核反应，必须用裂变核释放出的中子去 轰击其它重核引起裂变，新的裂变又释放出新的中子， 新的中子又去轰击其它重核引起裂变，依此不断进行。 如 235 铀 的 核 吸 收 一 个 中 子 后 发 生 裂 变 ， 平 均 能 放 出 2.56个中子，239钚平均能放出2.9～3.0个中子。
【原创】4.2核裂变 课件
B．铀核裂变时还能同时释放 2～3 个中子 C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用 29328U D．铀块的体积对产生链式反应无影响
解析：选 B.铀核受到中子的轰击，会引起裂变， 裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但
裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出 几个中子，29325U 受慢中子的轰击时，裂变的概率大， 而23982U 只有俘获能量在 1 MeV 以上的中子才能引 起裂变，且裂变的概率小，而要引起链式反应，需
(3) 能 量 ： 铀 核 裂 变 成 中 等 质 量 的 原 子 核 ， 发 生质量亏损，所以放出能量．一般说来，平均 每个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀全部裂 变放出的能量相当于2000 t优质煤燃烧时释放 的能量．裂变时能产生几万度的高温．
2．重核裂变的条件
(1)重核的裂变只能发生在人为 的核反应中，自然界中不会自发 地产生裂变，而是发生衰变．
Zr 的电荷数 Z＝92－60＋8＝40， 质量数 A＝236－143－3×1＝90.
(2)法一：质量亏损 Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u. 一个铀核裂变释放能量 ΔE＝Δm×931.56 MeV ＝0.2174×931.56 MeV≈202.5 MeV， 1kg 铀核含有的原子核数为
4.2核裂变
知识梳理：
一、重核的裂变 1．核裂变：用中子轰击铀核，发现铀核分裂成 __质__量__相__近___的两部分，并释放出能量．这种核反应 过程叫做__核__裂__变__．___ 2．核能：核裂变__释__放____出的能量称为 ___裂__变__能____，也称__核__能____或_原__子__能__．___
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度 的方法是( ) A．使用浓缩铀 B．改变铀块的临界体积 C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度， 以改变反应堆中的中子数目 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度 解析：选C.控制核反应的速度是靠调节中子数 来实现的，故C选项正确．
解析：选 B.铀核受到中子的轰击，会引起裂变， 裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但
裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出 几个中子，29325U 受慢中子的轰击时，裂变的概率大， 而23982U 只有俘获能量在 1 MeV 以上的中子才能引 起裂变，且裂变的概率小，而要引起链式反应，需
(3) 能 量 ： 铀 核 裂 变 成 中 等 质 量 的 原 子 核 ， 发 生质量亏损，所以放出能量．一般说来，平均 每个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀全部裂 变放出的能量相当于2000 t优质煤燃烧时释放 的能量．裂变时能产生几万度的高温．
2．重核裂变的条件
(1)重核的裂变只能发生在人为 的核反应中，自然界中不会自发 地产生裂变，而是发生衰变．
Zr 的电荷数 Z＝92－60＋8＝40， 质量数 A＝236－143－3×1＝90.
(2)法一：质量亏损 Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u. 一个铀核裂变释放能量 ΔE＝Δm×931.56 MeV ＝0.2174×931.56 MeV≈202.5 MeV， 1kg 铀核含有的原子核数为
4.2核裂变
知识梳理：
一、重核的裂变 1．核裂变：用中子轰击铀核，发现铀核分裂成 __质__量__相__近___的两部分，并释放出能量．这种核反应 过程叫做__核__裂__变__．___ 2．核能：核裂变__释__放____出的能量称为 ___裂__变__能____，也称__核__能____或_原__子__能__．___
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度 的方法是( ) A．使用浓缩铀 B．改变铀块的临界体积 C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度， 以改变反应堆中的中子数目 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度 解析：选C.控制核反应的速度是靠调节中子数 来实现的，故C选项正确．
教科版高中物理选修2-3：核裂变与链式反应_课件1
核裂变与链式反应
从19世纪末至今的百余年间，人类的生活出现了翻 天覆地的变化，其中核物理的发展为人类利用新能源开 辟了一条崭新的道路。
“1+1=2”，这在初等数学中是不容置疑的等式。 可是，在原子物理领域，它却可以引出一个发人深思的 话题。
质量亏损与质能关系
活动
已知中子的质量为1.008665u(为计算方便，这里只 取小数点后6位。小数点6位以后四舍五入，对最后结果 影响不大，下同)，质子的质量为1.007825u，由一个质 子和一个中子结合而成的氢的同位素氘质量2.014102u。
图6-1-1表示一个中子轰击铀235，当铀块体积达到 临界体积时，发生链式反应的示意图。
谢谢
铀块的体积对于链式反应也是一个重要因素，因为
原子核非常小，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到
铀核就跑到铀块外边去了。因此，在铀核裂变中产生的
中子并不一定都能打中另外一个铀核。铀块愈大，中子
损失相对来说就愈小，反之，如果铀块体积不够大，中
子损失太多，链式反应就不能继续进行下去。能够发生 链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积(critical volume)。
1.计算中子的质量与质子的质量之和，看看是否等 于氘的盾量？
2.氘的质量是大于还是小于中子与质子的质量之和？ 从这个结果能得出什么样的猜想？
可以看出，氘的质量比中子与质子的质量之和小 0.002388u(相当于3.965xl0-30kg)。可见，在原子核的转 化过程中质量减少了，核子组成原子核后，所减少的质 量叫质量亏损。狭义相对论指出，对于一定量的任何物 质，它的质量m和能量E不是相互独立的物理量，而是 有一个确定的关系式
重核的裂变
在对原子核转化的研究中，人们把质量数较 大的核称为重核。重核分裂成两个或更多个轻核 的过程，称为裂变。
从19世纪末至今的百余年间，人类的生活出现了翻 天覆地的变化，其中核物理的发展为人类利用新能源开 辟了一条崭新的道路。
“1+1=2”，这在初等数学中是不容置疑的等式。 可是，在原子物理领域，它却可以引出一个发人深思的 话题。
质量亏损与质能关系
活动
已知中子的质量为1.008665u(为计算方便，这里只 取小数点后6位。小数点6位以后四舍五入，对最后结果 影响不大，下同)，质子的质量为1.007825u，由一个质 子和一个中子结合而成的氢的同位素氘质量2.014102u。
图6-1-1表示一个中子轰击铀235，当铀块体积达到 临界体积时，发生链式反应的示意图。
谢谢
铀块的体积对于链式反应也是一个重要因素，因为
原子核非常小，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到
铀核就跑到铀块外边去了。因此，在铀核裂变中产生的
中子并不一定都能打中另外一个铀核。铀块愈大，中子
损失相对来说就愈小，反之，如果铀块体积不够大，中
子损失太多，链式反应就不能继续进行下去。能够发生 链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积(critical volume)。
1.计算中子的质量与质子的质量之和，看看是否等 于氘的盾量？
2.氘的质量是大于还是小于中子与质子的质量之和？ 从这个结果能得出什么样的猜想？
可以看出，氘的质量比中子与质子的质量之和小 0.002388u(相当于3.965xl0-30kg)。可见，在原子核的转 化过程中质量减少了，核子组成原子核后，所减少的质 量叫质量亏损。狭义相对论指出，对于一定量的任何物 质，它的质量m和能量E不是相互独立的物理量，而是 有一个确定的关系式
重核的裂变
在对原子核转化的研究中，人们把质量数较 大的核称为重核。重核分裂成两个或更多个轻核 的过程，称为裂变。
核裂变课件
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
减速剂
控制棒 热循环介质 保护层
采用的材 石墨、重水或普 镉
料 通水(也叫轻水)
很厚的水泥外 水或液态钠
壳
作用
吸收中子， 把反应堆内
降低中子速度，
控制反应 的热量传输
便于铀 235 吸收
核裂变
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 29352U＋10n―→15446Ba＋8396Kr＋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 ．
【解析】 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．
【答案】 AB
5．原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成， 即原子燃料、________、________、控制调节系统.
速度
出去
屏蔽射线，防 止放射性污染
2.核反应堆与原子弹爆炸的比较 原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反 应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设 施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置．
重核裂变和链式反应
链式反应的过程
链式反应的过程可以分为起始阶 段、增长阶段和饱和阶段。在起 始阶段，需要一定数量的中子引
发核裂变。
随着核裂变反应的进行，释放出 的中子数量不断增加，反应速度
逐渐加快，进入增长阶段。
当反应速度达到最大值时，反应 进入饱和阶段，此时释放出的中 子数量与吸收的中子数量相等，
反应速度保持稳定。
重核裂变的应用
01
02
03
核能发电
利用重核裂变产生的能量， 通过热能转换发电，具有 高效、清洁、可持续等优 点。
核武器制造
重核裂变是制造核武器的 主要原理之一，能够产生 巨大的爆炸力和放射性污 染。
医学应用
重核裂变产生的放射性同 位素在医学上具有广泛的 应用，如放射治疗、诊断 成像等。
03 链式反应
03
核能应用的拓展
除了传统的核能发电领域，核能还可能在其他领域如海水淡化、供暖、
工业生产等领域得到更广泛的应用。
核能利用的挑战与机遇
核安全与核废料处理
随着核能规模的扩大，核安全和核废料处理问题将更加突出。需要加强相关技术研发，提高核废料的处理和处置能力 ，降低核事故风险。
公众认知与接受度
核能利用的推广需要解决公众对核能的认知和接受度问题。需要加强核能科普教育，提高公众对核能利用的认知和理 解，增强公众对核能的信任和支持。
能量释放
重核裂变释放的能量取决于分裂后产生的轻核质量差。而 链式反应的能量释放取决于中子的数量和重核的分裂效率。
应用场景的比较
应用领域
重核裂变主要用于核能发电和核武器制造等领域。而链式反 应则主要用于核能发电、科学研究以及医学领域，如放射性 治疗和诊断。
规模与控制
重核裂变通常需要大型设施和复杂的控制系统，以实现安全 、高效和可控的反应。链式反应规模较小，但也需要精确控 制中子数量和反应速度，以避免失控和潜在危险。
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府抢在德国之前抓紧研制原子弹。
核能开发的历史进程
1. 1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原 子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂 核能力更强。费米因此获38年诺贝尔物理奖。
2. 1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元 素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提 出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程 要放出大量能量。
• 三、链式反应
• 1、链式反应
• (见基础教材p.44) 重核裂变时放出的中子引起其他重
核的裂变，可以使裂变不断进行下去， 这就是链式反应。
• 反应的特点：
• 利用一个中子轰击一个轴核，使 轴核发生裂变，在反应中还放出2个中 子，中子对未反应的轴核再进行轰击， 从而使核反应出现连锁反应，使在短 时间内出现积累效应。
• 3、原子弹 p.45
杨振宁
1964 年 10 月 16 日 中 国爆炸了 第一颗原 子弹。
1967 年 6 月 17 日 中 国爆炸了 第一颗氢 弹。
悼邓稼先词
（张爱萍）
踏遍戈壁共草原， 二十五年前， 连克千重关， 群力奋战自当先， 捷音频年传。 蔑视核讹诈， 华夏创新篇， 君视名利如粪土， 许身国威壮河山， 功勋泽人间。
核能开发的历史进程
1. 1933年，爱因斯坦移居美国 2. 1938年，费米逃往美国 3. 德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、
哈恩、盖革 4. 1933年，匈牙利物理学家齐拉德（1898－1964）
已经意识到核能的开发可能用于军事 5. 1935年，建议物理学家暂缓发表研究成果 6. 1939年，玻尔认为核能利用为时尚早 7. 1939年，爱因斯坦、萨克斯、罗斯福说服美国政
哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。 5. 7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试
爆成功。比一千个太阳都亮。 6. 曼哈顿工程：动员50万人，耗费22亿美元，
占用全国三分之一的电力
核能开发的历史进程
1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国 造不出原子弹
2. 科学家的犹豫： –继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 –不干吗？不符合现代科学技术的精神 –好的理由：应该让全人类知道它的威力
重核裂变和链式反应优秀课件
核能开发的历史进程
1. 1919年，英国卢瑟福用α粒子轰击氮原 子核，使其嬗变成氧原子。
2. 1932年，查得威克发现中子 3. 1934年，法国约里奥－居里夫妇用α粒
子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很 快放出正电子蜕变为硅。 4. 卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均 没有意识到原子能的实际利用近在眼前。
第五节 反应堆 核电站
一、反应堆
用人工的方法控制核裂变链式反应速 度获得核能的装置，叫做反应堆。
反应堆主要由核燃料棒、减速剂、控制 棒、冷却系统和防护层等构成。
核反应堆
通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生 的中子数等于各种过程消耗的中子数, 以形成所谓的自持 链反应(self-sustaining chain reaction)。
Ba
91 36
Kr
＋
3
1 0
n
Hale Waihona Puke • 2、临界体积能够发生链式反应的铀块 的最小体积叫做它的临界体积。
足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临
界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1
kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。
任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。
3. 费米提出链式反应概念。 4. 1939年9月1日，第二次世界大战正式打响
核能开发的历史进程
1. 1940年，美国政府正式大量拨款，启动 “曼哈顿工程”，格罗夫斯将军为行政首脑
2. 1941年12月－1942年12月，费米在芝加哥 研制原子反应堆
3. 铀235、钚239的提纯 4. 1943年1月－1945年7月。奥本海默在新墨西
3. 齐拉德、爱因斯坦的态度 4. 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月
9日，钚弹胖子投在长崎
核能开发的历史进程
1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国 造不出原子弹
2. 科学家的犹豫： –继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 –不干吗？不符合现代科学技术的精神 –好的理由：应该让全人类知道它的威力
3. 齐拉德、爱因斯坦的态度 4. 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月
9日，钚弹胖子投在长崎
核能开发的历史进程
1. 核军备竞赛：盟国之争 2. 1945年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹 3. 1949年8月，苏联成功地进行了核实验 4. 1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹 5. 1953年8月，苏联研制氢弹成功 6. 1952年10月3日，英国研制成功原子弹 7. 1960年2月13日，法国研制成功钚弹 8. 1964年10月16日，中国试爆成功原子弹
6. 核聚变
一、核能
原子核的结构发生变化时放出的能量， 叫做核能。
二、裂变(p.43)
重核受到其他粒子（如中子）轰击时分 裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称 为裂变。裂变过程中放出中子并释放大量能 量。
• 什么叫重核裂变？重核在什么情况下才能 发生裂变呢？
• 1938年12月德国科学家用中子轰击重核铀 时，发现铀核的裂变现象。之后，核能利 用问题才逐渐被了解清楚，从而使控制和 利用原子能成为可能。
核裂变
核裂变(nuclear fission)是大核分裂为小核的过程. 普 通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。
铀-235的裂变与核武器
素的 元 种 35
200 多种同 位素
爆 发生链反应 炸
235 92
U
＋
1 0
n
235 92
U
＋
1 0
n
13572Te
＋
97 40
Zr
＋
2
1 0
n
＋ 142 56
核能开发的历史进程
1. 1公斤核燃料相当于2500吨煤 2. 1954年，苏联建成第一座小型原子能电站；
1956（英国），1957（美国） 3. 核电站：成本低、污染小、效率高，但事故
太可怕
4. 1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机 组发生爆炸。人为造成三道安全措施无效
5. 1979年3月28日三里岛核电站二号堆事故， 由于多重安全系统发挥作用，后果不严重
核能开发的历史进程
1. 1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原 子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂 核能力更强。费米因此获38年诺贝尔物理奖。
2. 1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元 素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提 出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程 要放出大量能量。
• 三、链式反应
• 1、链式反应
• (见基础教材p.44) 重核裂变时放出的中子引起其他重
核的裂变，可以使裂变不断进行下去， 这就是链式反应。
• 反应的特点：
• 利用一个中子轰击一个轴核，使 轴核发生裂变，在反应中还放出2个中 子，中子对未反应的轴核再进行轰击， 从而使核反应出现连锁反应，使在短 时间内出现积累效应。
• 3、原子弹 p.45
杨振宁
1964 年 10 月 16 日 中 国爆炸了 第一颗原 子弹。
1967 年 6 月 17 日 中 国爆炸了 第一颗氢 弹。
悼邓稼先词
（张爱萍）
踏遍戈壁共草原， 二十五年前， 连克千重关， 群力奋战自当先， 捷音频年传。 蔑视核讹诈， 华夏创新篇， 君视名利如粪土， 许身国威壮河山， 功勋泽人间。
核能开发的历史进程
1. 1933年，爱因斯坦移居美国 2. 1938年，费米逃往美国 3. 德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、
哈恩、盖革 4. 1933年，匈牙利物理学家齐拉德（1898－1964）
已经意识到核能的开发可能用于军事 5. 1935年，建议物理学家暂缓发表研究成果 6. 1939年，玻尔认为核能利用为时尚早 7. 1939年，爱因斯坦、萨克斯、罗斯福说服美国政
哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。 5. 7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试
爆成功。比一千个太阳都亮。 6. 曼哈顿工程：动员50万人，耗费22亿美元，
占用全国三分之一的电力
核能开发的历史进程
1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国 造不出原子弹
2. 科学家的犹豫： –继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 –不干吗？不符合现代科学技术的精神 –好的理由：应该让全人类知道它的威力
重核裂变和链式反应优秀课件
核能开发的历史进程
1. 1919年，英国卢瑟福用α粒子轰击氮原 子核，使其嬗变成氧原子。
2. 1932年，查得威克发现中子 3. 1934年，法国约里奥－居里夫妇用α粒
子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很 快放出正电子蜕变为硅。 4. 卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均 没有意识到原子能的实际利用近在眼前。
第五节 反应堆 核电站
一、反应堆
用人工的方法控制核裂变链式反应速 度获得核能的装置，叫做反应堆。
反应堆主要由核燃料棒、减速剂、控制 棒、冷却系统和防护层等构成。
核反应堆
通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生 的中子数等于各种过程消耗的中子数, 以形成所谓的自持 链反应(self-sustaining chain reaction)。
Ba
91 36
Kr
＋
3
1 0
n
Hale Waihona Puke • 2、临界体积能够发生链式反应的铀块 的最小体积叫做它的临界体积。
足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临
界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1
kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。
任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。
3. 费米提出链式反应概念。 4. 1939年9月1日，第二次世界大战正式打响
核能开发的历史进程
1. 1940年，美国政府正式大量拨款，启动 “曼哈顿工程”，格罗夫斯将军为行政首脑
2. 1941年12月－1942年12月，费米在芝加哥 研制原子反应堆
3. 铀235、钚239的提纯 4. 1943年1月－1945年7月。奥本海默在新墨西
3. 齐拉德、爱因斯坦的态度 4. 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月
9日，钚弹胖子投在长崎
核能开发的历史进程
1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国 造不出原子弹
2. 科学家的犹豫： –继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 –不干吗？不符合现代科学技术的精神 –好的理由：应该让全人类知道它的威力
3. 齐拉德、爱因斯坦的态度 4. 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月
9日，钚弹胖子投在长崎
核能开发的历史进程
1. 核军备竞赛：盟国之争 2. 1945年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹 3. 1949年8月，苏联成功地进行了核实验 4. 1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹 5. 1953年8月，苏联研制氢弹成功 6. 1952年10月3日，英国研制成功原子弹 7. 1960年2月13日，法国研制成功钚弹 8. 1964年10月16日，中国试爆成功原子弹
6. 核聚变
一、核能
原子核的结构发生变化时放出的能量， 叫做核能。
二、裂变(p.43)
重核受到其他粒子（如中子）轰击时分 裂成两块或两块以上中等质量的核的过程称 为裂变。裂变过程中放出中子并释放大量能 量。
• 什么叫重核裂变？重核在什么情况下才能 发生裂变呢？
• 1938年12月德国科学家用中子轰击重核铀 时，发现铀核的裂变现象。之后，核能利 用问题才逐渐被了解清楚，从而使控制和 利用原子能成为可能。
核裂变
核裂变(nuclear fission)是大核分裂为小核的过程. 普 通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。
铀-235的裂变与核武器
素的 元 种 35
200 多种同 位素
爆 发生链反应 炸
235 92
U
＋
1 0
n
235 92
U
＋
1 0
n
13572Te
＋
97 40
Zr
＋
2
1 0
n
＋ 142 56
核能开发的历史进程
1. 1公斤核燃料相当于2500吨煤 2. 1954年，苏联建成第一座小型原子能电站；
1956（英国），1957（美国） 3. 核电站：成本低、污染小、效率高，但事故
太可怕
4. 1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机 组发生爆炸。人为造成三道安全措施无效
5. 1979年3月28日三里岛核电站二号堆事故， 由于多重安全系统发挥作用，后果不严重