高中核物理-核反应：核能、重核裂变

介绍
mu 390.3139 1027 kg mBa 234.0016 1027 kg mKr 152.6047 1027 kg mn 1.6749 1027 kg
计算“质量亏损” Δm =(mu + mn)－(mBa + mKr + 3mn)= 0.3578×10－27kg ΔE = ΔmC2 = 201MeV 1kg铀完全裂变，释放的核能为：
解：
m =6.644929×10 -27kg
m p =1.672648×10 -27kg
me=9.11×10-31kg
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
链式反应的示意图：
(3)重核裂变的应用
核电站
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 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： 不可控的核反应原子弹爆ຫໍສະໝຸດ 时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖
1.两个中子和两个质子可以结合成一个 氦核, 已知中子的质量是1.008665u, 质子的质量 是1.007276u, 氦核的质量是4.0026u, 求此核反 应的质量亏损和结合能, (1u=1.66×10-27千克, c=3×108米／秒)
解：△m＝0.029282u △E＝ △mc2=931.5 × 0.029282= 27.3MeV
或 △E ＝ △mc2
＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 ＝ 4.37 ×10－12J＝27.3MeV
2. 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
2、核反应遵循的基本规律： 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.质量亏损：组成核的核子总质量和 原子核的质量之差Δm 5.质能方程： E＝m c2
ΔE＝ Δm c2
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 有什么关系？ 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 核子平均质量和反应后的核子平均质量有什么 关系？ 较大
重核 裂变
重核俘获一个中子后分裂为几个中等 质量的核的反应过程. 在裂变的同时 要放出几个中子和大量的核能。
二.重核裂变
-----以铀核的裂变为例
92 36
（1）一种典型的铀核裂变
235 92
3 n U + n→ Ba+ Kr + ____ 200.6MeV
1 0 141 56
1 0
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.
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
4 2
1 0
2 1
H H n ( He )
2 1 1 0
226 88 14 6
Ra
0 1
222 86
Rn ( He )
14 7
C e( N )
p 12C 13N 6 7 13 13 7 N 6 C e 13 14 p 6 C 7 N 2002年广东高考 14 15 p 7 N 8 O 15 15 8 O 7 N e p 15N 12C 7 6
p 12C 13N 6 7 13 13 7 N 6 C e 13 14 p 6 C 7 N 14 15 p 7 N 8 O 15 15 8 O 7 N e p 15N 12C 7 6
m E N A E M
'
1000 23 8 6.02 10 2.0110 235
5.15 10 eV 8.24 10 J
32 13
对应常规能源：合2.51×106kg（即2510 吨）煤炭燃烧
（2）链式反应：
铀核裂变时放出几个中子，再引 起其他铀核裂变而使裂变反应不断进 行下去称为链式反应。
94 + 01 n→ 38 Sr + 139Xe+ 3 1 n 54 0
原子质量单位u为单位）。已知1u 的质量对应的能量为
9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是 ________________MeV。 1.8 ×102
解：Δm=0.1933u Δ E=931.5×0.1933=1.8 ×102 MeV
科学家们经过定量研究，发现组 成各种元素的核子平均质量不尽相同， 而且已经得出各种元素的核子平均质 量曲线 见教材P74图22-13 针对这个曲线观察一下，并总结：a、谁的平 均质量最小？b、怎样才能获得质量亏损的核 反应？c、哪一类核反应的质亏损比较“快”？ a、Fe的平均质量最小；b、重核裂变；c、 轻核聚变。 结论： 利用核能的两大途径：轻核聚变和重核裂变
1994年 全国
量为3.786567×10-25 kg，α粒子的质量为
6.64672×10-27 kg，在这个衰变过程中释放出
8.7×10 -13 来的能量等于
）
J（保留两位二位数字
3. 中子质量为1.0087u，质子质量为1.0073u ，氘核的质量为2.0136u，中子和质子结合为 氘核时释放的能量为 3.7×10 -13 J。 （1989年 全国）
5.如下一系列核反应是在恒星内部发生的，
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。
4.裂变反应是目前利用中常用的反应，以原子核
2000年高考试题
235 92
U
为燃料的反应堆中，当
235 U
235 92
U 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
92 235.0439 1.0087 93.9154 138.9178 反应方程下方的数字为中子及有关原子的静止质量（以