第十一章原子核的裂变和聚变123
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放能多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3~4倍
核废料处理 难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
核裂变时可能分裂为两部分、三部分或四部分,但产生两部分的概率最大,A、
D错误,C正确;铀核裂变为中等质量的原子核时一定释放能量,B正确。
新知讲解
二、反应堆与核电站
核反应堆：人工控制链式反应的装置
吸收中子、控制反应速率
(浓缩铀) 核燃料
慢中子 (石墨、轻水、重水)
新知讲解
核能发电的基本原理
新知讲解
BC 1、(多选)关于裂变反应,下列说法正确的是( )
A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂为质量差不多的两部分
B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量
C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、三部分或四部分
D.所有重核用中子轰击均能发生裂变反应
解析：用中子轰击
235 92
U
和
239 94
Pu
等少数重核元素才能发生裂变反应,铀
方法: ①用加速器加速原子核 ②原子核加热到很高的温度108～109K
新知讲解
大阳是一个巨大的热 核反应堆
弹体
小 普通炸药 型
铀 235
原 子
外壳
弹
氘、氚、重
氢化钾等
引爆装置
氢弹结构示意图
释放核能
新知讲解
1、受控核聚 变
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性
1）轻核聚变产能效率高
2）地球上聚变燃料的储量丰富
明实确际： 上“是中对流“”谁，主江沉解水浮中析”间的。巧：三妙句回铀大答意。棒是是：“还核记得燃吗？料当,年裂我们变一时同到可江心放游泳出，尽能管风量浪,巨故大，A连正行船确也很;镉困难棒，但吸我们收这中些人子以同的汹涌能的急力流拼很搏强为快,乐作。”用这里是以设调问句结尾，
核反应中的裂变产物与聚变产物分析
核反应中的裂变产物与聚变产物分析核反应是指原子核发生变化的过程，其中包括裂变和聚变两种类型。
裂变是指重核分裂成两个或多个较轻的核片段，而聚变是指两个或多个轻核聚合成一个较重的核。
在核反应中，会产生各种不同的裂变产物和聚变产物。
本文将对核反应中的裂变产物和聚变产物进行分析。
一、裂变产物分析裂变是指重核分裂成两个或多个较轻的核片段的过程。
在裂变过程中，会产生大量的裂变产物，其中包括中子、裂变产物核片段和释放的能量。
1. 中子在核裂变过程中，会释放出大量的中子。
这些中子可以继续引发其他核反应，如继续裂变或引发聚变等。
中子的释放对于维持核链反应的持续进行至关重要。
2. 裂变产物核片段裂变产物核片段是指在核裂变过程中产生的两个或多个较轻的核片段。
这些核片段的质量和原子序数可以根据裂变反应的类型和原始核的性质来确定。
裂变产物核片段的质量和原子序数的分布对于核反应的研究和应用具有重要意义。
3. 能量释放在核裂变过程中，会释放出大量的能量。
这是由于裂变产物核片段的质量差异引起的。
根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，质量差异会转化为能量的释放。
核裂变的能量释放对于核能的利用具有重要意义。
二、聚变产物分析聚变是指两个或多个轻核聚合成一个较重的核的过程。
在聚变过程中，会产生大量的聚变产物，其中包括中子、聚变产物核和释放的能量。
1. 中子在核聚变过程中，也会释放出大量的中子。
这些中子可以继续引发其他核反应，如继续聚变或引发裂变等。
中子的释放对于维持核链反应的持续进行至关重要。
2. 聚变产物核聚变产物核是指在核聚变过程中产生的较重的核。
聚变反应通常涉及氢同位素（氘和氚）的聚变，产生的聚变产物核包括氦和其他轻核。
聚变产物核的质量和原子序数可以根据聚变反应的类型和原始核的性质来确定。
3. 能量释放在核聚变过程中，同样会释放出大量的能量。
聚变反应的能量释放是由于聚变产物核的质量差异引起的。
核聚变的能量释放对于核能的利用具有重要意义。
原子核会裂变和聚变的内容
原子核会裂变和聚变的内容
原子核裂变和聚变是两种核反应过程，涉及原子核的重组和释放能量。
1. 原子核裂变（nuclear fission）：在原子核裂变中，一个重核通过吸收中子，分裂成两个或多个轻核，同时释放出大量能量和中子。
这个过程通常发生在重元素（如铀、钚）的大原子核中。
裂变反应产生的能量是以核能和动能的形式释放出来，而同时释放的中子还可以进一步触发其他裂变反应。
2. 原子核聚变（nuclear fusion）：在原子核聚变中，两个轻核相互碰撞并融合成一个更重的核，同时释放出巨大的能量。
聚变反应通常发生在质子和中子相互作用的情况下。
在太阳和恒星内部，聚变反应是主要的能量来源。
聚变反应还可以在地球上的实验室中进行，但目前还没有找到有效的方法来实现可控的聚变反应。
原子核裂变和聚变都是释放核能的过程。
裂变反应通常释放出大量的能量，因此被用于核能发电和核武器。
而聚变反应则是追求清洁、高效能源的研究方向，但目前实现可控
聚变仍然面临许多技术挑战。
原子核物理中的裂变与聚变
原子核物理中的裂变与聚变在原子核物理中，裂变和聚变是两种重要的现象。
在这篇文章中，我们将深入探讨这两种现象，它们的意义和作用以及它们在能源领域中的应用。
裂变是一种核反应，它发生在重原子核中。
当一个重原子核被撞击或吸收中子后，它将变得不稳定，并开始发生裂变。
裂变过程中，原子核将分裂成两个或更多的轻原子核、中子和大量的能量。
这个能量很大程度上是通过电磁辐射的形式来释放的，包括伽玛射线和中子。
裂变发生的时候，会释放非常大的能量。
在核电站中，这个过程可以通俗地描述为将核燃料加热，从而生成蒸汽，通过涡轮发电机转换为电能。
但是，裂变并不是完美的：反应产生的放射性废弃物是危险的。
核电站必须采取措施来控制这些放射性物质，以免影响人类的健康。
另一方面，聚变是一种将轻原子核合并成更重的原子核的核反应。
这种过程需要极高的温度和压力组合，以克服核束缚力的强力作用。
在聚变过程中，发生的化学反应将释放出巨大的能量，这通常是通过光和中子等电离辐射来释放的。
在自然界中，聚变主要发生在太阳和星星中。
太阳一直在通过聚变释放能量，这些能量支持所有的地球生命。
科学家一直致力于开发一种聚变反应器，以便利用聚变反应的能量。
一些实验已经在研究聚变反应器，但到目前为止，这种技术还没有发展到商业应用的水平。
裂变和聚变的应用不仅局限于能源领域。
在医学领域，核裂变可以用来治疗某些癌症，如淋巴瘤和白血病。
此外，聚变反应器还可以用于生产放射性同位素。
这些同位素可以用于许多用途，包括利用放射性气体来测量气味的传播和测量脑部活动。
总之，裂变和聚变在原子核物理中是重要的现象。
它们提供了巨大而有用的能量，可以用于制造电力和生产其他有用的物质。
虽然这些技术可能会带来一些危险，但是科学家们已经采取了很多措施来确保这些技术的安全性和可持续发展。
《核裂变与核聚变》 讲义
《核裂变与核聚变》讲义一、什么是核裂变核裂变，简单来说，就是一个重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程。
这个过程会释放出巨大的能量。
我们先来了解一下原子核。
原子核是原子的核心部分，由质子和中子组成。
在某些重原子核中，它们的结构相对不稳定。
当受到外部条件的刺激，比如被一个中子撞击时，就可能发生裂变。
以铀-235 为例，当它吸收一个中子后，会变得不稳定，然后分裂成两个质量较小的原子核，同时释放出两到三个新的中子，并释放出大量的能量。
这些释放出来的中子又可以去撞击其他铀-235 原子核，引发链式反应，从而持续释放出更多的能量。
核裂变的发现具有重要的历史意义。
在 20 世纪 30 年代，科学家们通过一系列的实验和研究，逐渐揭示了这一现象。
二、核裂变的过程核裂变的过程相当复杂，但我们可以大致将其分为几个阶段。
首先是引发阶段，就是前面提到的重原子核吸收中子，变得不稳定。
然后是分裂阶段，原子核分裂成两个或多个部分，这些部分的质量和电荷分布都不同。
在分裂的同时，会释放出大量的能量，包括热能、光能、辐射能等等。
而且，还会释放出一些快速运动的粒子，比如中子、β粒子和γ射线。
三、核裂变的应用核裂变最广为人知的应用就是核电站。
核电站利用核裂变产生的能量来发电。
在核电站中，核燃料（通常是铀）被制成燃料棒，放置在反应堆中。
通过控制中子的数量和速度，来控制核裂变的反应速度，从而稳定地产生热量。
这些热量被用来加热水，产生蒸汽，驱动涡轮机转动，进而带动发电机发电。
除了发电，核裂变还在医学领域有应用，比如用于癌症的放射治疗。
通过精确控制放射性同位素的衰变和辐射，来杀死癌细胞。
然而，核裂变也存在一些问题和风险。
四、核裂变的风险与挑战首先是核废料的处理问题。
核裂变产生的核废料具有高放射性，需要妥善处理和存放，以避免对环境和人类健康造成危害。
但找到安全、长期有效的处理方法并非易事。
其次是核事故的风险。
虽然核电站在正常运行时是安全的，但如果出现故障或人为失误，可能会导致核泄漏等严重事故，造成巨大的灾难。
核裂变和核聚变的物理原理
核裂变和核聚变的物理原理核裂变和核聚变是两种核反应，它们都是利用原子核之间的相互作用来实现能量转换的。
这些反应在日常生活中虽然不常见，但却在核能产业中起着重要的作用。
本文将讨论核裂变和核聚变的物理原理。
一、核裂变核裂变是指一个原子核吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的核的过程，同时释放出大量的能量。
这些被分裂的核称为裂变产物，而已吸收中子的原核被称为靶核。
核裂变的物理原理是通过核反应来实现能量的转换。
在核反应中，原子核之间的相互作用产生了足够的能量来撕裂原子核的结构。
通常来说，核反应会释放出巨大的能量，这就是裂变产物带走的能量。
核裂变的关键是让中子和靶核相互作用。
当中子被靶核吸收时，靶核会变成一个高能态的系统。
然后，这个系统就会发生变化并释放出能量，裂变产物因此产生。
二、核聚变核聚变是指将两个原子核融合在一起成为一个更大的核的过程。
这种反应有两种类型：轻核聚变和重核聚变。
轻核聚变发生在太阳和其他恒星中，而重核聚变则发生在地球上的热核反应中。
核聚变的物理原理是，当原子核自由接近时，由于它们之间的电磁斥力会减小，所以能量会逐渐减小。
一旦核足够靠近，它们就会进入“禁闭区”，在这个区域中，原子核的静电力将克服它们之间的静电排斥力。
原子核在禁闭区内相互吸引并形成联合状态，这个联合状态因为能量比原来的两个原子核的状态更低，因此释放出了能量。
这些能量以光子和带电粒子的形式被释放。
三、核裂变和核聚变的应用核裂变和核聚变的应用非常广泛，如核燃料、核电站和核武器等。
核裂变产生的能量可用于发电，而核聚变则是清洁、高效能量的理想来源。
此外，核裂变还被用于制造核武器。
总之，核裂变和核聚变是两种重要的核反应，它们利用原子核之间的相互作用来实现能量转换。
虽然核裂变和核聚变的物理原理有所不同，但是它们都具有广泛的应用前景。
在未来，这些反应将会成为我们不可或缺的能源来源。
核裂变与核聚变
裂变释放能量是因为原子核中质量－能量的储存方式以铁及相关元素(见核合成)的核 的形态最为有效。从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以， 重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元 素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。然而，很多这类重元素的核 一旦在恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发)，它们却是很稳 定的。不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定 核时，也能触发裂变。由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放 射性物质(如铀-235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂 变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这 就是称之为原子弹(实际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量 释放过程。对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核 的裂变。对于核反应堆，反应进行的速率用插入铀(或其他放射性物质)堆的可吸收部 分中子的物质来控制，使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。 核裂变所释放的高能量中子移动速度极高(快中子)，因此必须通过减速，以增加 其撞击原子的机会，同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂将高能量 中子速度减慢，变成低能量的中子(热中子) 。商营核反应堆普遍采用普通水、石墨和 较昂贵的重水作为慢化剂。 核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像 铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更 多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核 接着发生核裂变……，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。原子核在发生 核裂变时，释放出巨大的能量称为原子核能，俗称原子能。1克铀235完全发生核裂变 后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。比原子弹威力更大的核武器是氢弹， 就是利用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一 个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘、氚等。核 聚变也会放出巨大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚 变成氦过程，它的光和热就是由核聚变产生的。
原子核的裂变和聚变
原子核的裂变和聚变原子核是构成物质的基本单位之一，它的结构和性质一直困扰着人类，而原子核的裂变和聚变则是其中最引人注目的现象之一。
本文将介绍原子核的裂变和聚变，并探讨它们对生活和能源领域的影响。
裂变是指重原子核分裂成两个或多个轻原子核的现象。
裂变的实质是，当重原子核受到高能粒子的撞击或吸收中子时，核内质子和中子的相互作用发生变化，导致核的不稳定状态。
裂变反应一般以放射性元素铀为基础，发生在核反应堆或核武器中。
在核反应堆中，裂变反应可以通过引发连锁反应，以产生热量，进而供应电力。
裂变不仅产生巨大的能量，更重要的是产生中子。
这些中子可以再次与铀核发生碰撞，引发新的裂变，从而释放更多的能量和中子。
正是这种特性使核反应堆能够连续供应能量。
然而，由于核裂变产生的放射性废物需要长时间来降解，处理核废料的问题也逐渐成为裂变能源的挑战之一。
与裂变相对应的是聚变，它是指轻原子核融合为重原子核的过程。
聚变反应发生在太阳等恒星内部，也可以在地球上的聚变反应堆中实现。
聚变通常需要很高的温度和压力，以克服原子核之间的斥力。
例如，在聚变反应堆中，使用等离子体来实现聚变反应。
等离子体是一种带有带电粒子的气体，可以通过磁场或激光束来控制和加热。
聚变的优势在于其产生的能量巨大且环保。
聚变反应的燃料是氘和氚，这些重氢同位素在自然界中非常稀有。
而且，聚变反应不会产生放射性废物，因此不会对环境造成长期影响。
此外，聚变反应所需的燃料可以从海水中提取，使其资源十分丰富。
然而，迄今为止，实现可控聚变反应仍然是一个巨大的挑战。
目前，国际热核聚变实验反应堆（ITER）被认为是最有希望实现可控聚变反应的项目之一。
ITER项目旨在利用等离子体来实现聚变反应，并为未来的商业聚变反应提供技术基础。
总结而言，原子核的裂变和聚变是两种具有重要意义的核反应。
裂变广泛应用于核电站和核武器等领域，能够提供大量的能源，但同时也带来核废料处理的问题。
聚变作为一种理想的能源解决方案，能够产生巨大的清洁能源，但实现可控的聚变仍面临挑战。
初中物理核聚变和核裂变
初中物理核聚变和核裂变核聚变和核裂变是物理学中重要的两个概念，它们在能源领域有着重要的应用。
本文将详细介绍核聚变和核裂变的含义、原理以及应用。
一、核聚变核聚变是指两个轻核碰撞后合并成一个更重的核的过程。
常见的核聚变反应是氢核和氘核碰撞形成氚核，这个过程释放出大量的能量。
核聚变是太阳和恒星能够持续发光的原因，也是人类梦寐以求的清洁能源。
核聚变反应可以分为两个阶段：点火阶段和燃烧阶段。
点火阶段需要提供足够的温度和压力，使得氢核能够克服库仑斥力聚集在一起。
一旦点火成功，核聚变反应将会自持续燃烧，释放出大量的能量。
核聚变能够释放出的能量是巨大的，而且燃料是非常丰富的。
氢和氘可以从水中提取出来，而且核聚变反应不会产生有害的废物。
因此，核聚变被认为是未来清洁能源的重要选择。
二、核裂变核裂变是指一个重核或者中重核分裂成两个或者更多轻核的过程。
常见的核裂变反应是铀-235核裂变为氙和锶，同时释放出大量的能量。
核裂变是核电站产生能量的原理，也是核武器爆炸的原理。
核裂变是通过中子轰击重核而发生的。
中子的能量足够高时，可以撞击重核并使其不稳定，从而分裂成两个轻核。
这个过程中释放出的大量能量，可以用来产生电能或者作为武器。
核裂变能够释放出的能量同样巨大，但是核裂变反应的燃料是相对稀缺的。
铀-235是目前常用的核裂变燃料，但是全球储量有限。
此外，核裂变反应还会产生放射性废物，对环境和人类健康造成潜在威胁。
三、应用核聚变和核裂变在能源领域有着重要的应用。
核聚变被认为是未来清洁能源的重要选择。
目前，国际上正在建设大型核聚变实验装置ITER，旨在实现核聚变在实际应用中的突破。
如果核聚变技术能够实现商业化，将会为人类提供廉价、清洁的能源。
核裂变被广泛应用于核电站和核武器。
核电站利用核裂变反应产生热能，通过蒸汽汽轮机转化为电能。
核电站具有能源稳定、发电量大、无污染等优点。
然而，核电站的建设和运营需要严格的安全措施，以防止核事故的发生。
核裂变与核聚变优秀课件
三. 裂变后现象
中子进入靶核所形成的复合核处于激发态，复合 核可能发生裂变，裂变会产生裂变碎片。
n Z A X A Z 1 X * Z A 1 1 Y 1Z A 2 2 Y 2
裂变后现象指裂变碎片的性质：
如碎片的质量、能量、释放的中子、射线等。
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裂变过程
1.中子被靶核吸收形成复合核
Eb0.831x3ES0
表明随Z2/A的加大，裂变势垒高度降低。因而自发裂 变的概率增加。
对Z2/A较小的核，尽管满足Qf,s>0，但因裂变势垒太高， 很难穿透势垒，所以，这些核对自发裂变是稳定的。
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所以实验发现，很重的核才发生自发裂变。
稳定核： 球形核势能Vsp<椭球形势能Vel；
而当：
E * T n m n M Z ,A M Z ,A 1 c 2
复合核 激发能
Tn' mAmAmnTn AA 1Tn
B n Z ,A 1 M Z ,A m n M Z ,A 1 c 2
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复合核的激发能
E*BnZ,A1AA 1Tn
复合核的激发能为最后一个中子的结 合能和中子的相对运动动能之和。
• 238U(ε=7.6MeV)→119Pd(ε=8.5MeV)+119Pd，放 出很大的能量：214MeV
– 竞争关系：α衰变，T1/2=4.5×109年；fission， T1/2=1016年
• 反应堆，原子弹
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芝加哥大学中的雕塑
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✓ §5.1 原子核的裂变反应
§5.2 原子核的聚变反应
A2
Z
Z1 1 Z2 2
其中
初三物理核裂变和核聚变
初三物理核裂变和核聚变
核裂变和核聚变是现代核物理研究的两个重要方面。
核裂变是指重核原子核在受到高能粒子或中子的撞击下，分裂成较小的原子核和一些中子的反应。
核聚变则是两个或两个以上轻核原子核在高温、高压等条件下，融合成较重的原子核的反应。
核裂变是一种放出能量巨大的反应，在二战期间，原子弹就是利用核裂变的能量来引爆，产生爆炸的。
在核裂变反应中，一些已知的元素（如钚）能够分裂成两个较小的原子核，同时释放出大量能量与与一些中子，这个过程通常称为自由中子的链式反应。
但是核裂变所产生的中子并不稳定，而是非常容易和别的原子核反应。
这就是可以利用核裂变引发放射性衰变的原理，同时核裂变也被广泛应用于核电站和航空航天等领域。
相比之下，核聚变更安全，运用比较广泛。
核聚变产生的反应主要取决于反应堆中能流密度和温度的一些参数。
在核聚变反应中，一些轻原子核相互结合，产生较重元素原子核的过程。
核聚变在自然界中广泛存在，是太阳以及其他恒星能量来源的基础，利用人工制造的放射性同位素可以实现人工控制的核聚变，这一反应同样具有巨大的应用潜力，可以被用于制造大型能量装置以及推动航天器。
总的来说，无论是核裂变还是核聚变，对于现代能源产业和科学研究有着深远的影响。
同时，掌握核裂变和核聚变的工程技术，也是核武器制造与战略应对的关键性领域。
但是，我们应该注意到核武器及核反应堆事故的不良影响，在利用核能的过程中，必须谨慎对待风险，提高安全保障措施，确保公共安全。
重核的裂变和轻核的聚变
〓
聚变
〓
裂变
轻核的聚变（热核反应） :
某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的 原子核，这种核反应叫做聚变。
2 1
H
21H23
He
01n
2 1
H
21H23
He11H
2 1
H31H42
He
01n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H
31H42
He
01
n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
〓
聚变
〓
裂变
铀核的裂变
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。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：
235 92
U+
1 0
n
→15461Ba
+
92 36
Kr+310
n
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：
使裂变物资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。
原子弹
原子弹
“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．
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 见教材P101
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；
第裂变和聚变课件ppt
核武器
核武器是利用核反应产生大规模杀伤和破坏作用的 武器。
核武器具有巨大的杀伤力和破坏力，可造成人员和 物质的严重伤亡和损失。
核武器已成为国际政治和安全领域的重要议题， 国际社会普遍呼吁禁止和销毁核武器，维护世界
和平与安全。
04
02
核能发电具有高能量密度、低运行成本、不依赖化石燃料等优势，已成为现代 能源体系的重要组成部分。
03
全球已有数百个核反应堆在运行，为数十个国家和地区提供电力，减少了对化 石燃料的依赖，有助于环境保护和可持续发展。
核医学
核医学是利用核技术诊断和治疗疾病的医学领 域。
通过放射性同位素标记药物，可以用于追踪病 变、诊断疾病，以及治疗癌症等疾病。
供支持。
加强能源安全
发展多种能源来源，降低对化 石燃料的依赖，提高能源安全
性。THANKS源自险增加。放射性废料的处理
高放射性废料处理
高放射性废料具有极高的辐射能量和毒性，处理不当可 能对环境和人类健康造成严重影响。
低放射性废料处理
低放射性废料虽然辐射强度较低，但如果处理不当，仍 可能对环境和人类健康造成一定影响。
放射性废料储存和管理
为确保放射性废料的安全储存和管理，需采取严格的安 全措施和监管制度。
地球的演化
裂变和聚变在地球的演化过程中也发挥了重要作用。例如，地球的形成早期，大量的陨石 和小行星撞击地球，带来了大量的重元素，这些重元素通过裂变和聚变等过程为地球提供 了能量和物质支持。
02
裂变和聚变的物理机制
裂变的物理机制
核裂变是重核分裂成两个或多个较轻的原子核的过程 ，这个过程需要消耗一定的能量。
人教版物理九年级重点知识专题突破课件：核能及裂变和聚变
不加控制的链式反应 原子弹
加以控制的链式反应 核反应堆
轻核结合成质量较大的核的过程叫核的聚变 发生的条件：超高温，因此也叫热核反应
氢弹的爆炸
太阳靠聚变向宇宙空 间辐射能量的
关于核电站、能量和能源，下列说法正确的是（ C ） A．目前人类己建成的核电站，都是利用核聚变发电
B．核电站的核废枓可以直接堆放在露天垃圾场
核能及裂变和聚变
主讲：张金松
原子 核
质子
中子 核外电子
质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它 们分裂或结合是极其困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量 较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能
裂变 核反应 聚变
一个重核分裂成两个中等大小的核
C．所有能量转化和转移过程，都遵循能量守恒定律
D．水能，风能和太阳能都属于不可再生能源
你知道核电站中的能量转化是怎样的吗？
两个轻核结合成一个较大的核
1kg 铀全部裂变，释放的能量超过 2000t 煤完全燃烧时释 放的能量，而核聚变放出的能量还要核分裂时释放出核能，同时还会产生几个
新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂 变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应
核物理中的裂变与聚变反应详解
核物理中的裂变与聚变反应详解在核物理领域中，裂变和聚变是两种重要的核反应方式。
它们在核能发电、核武器研发和核医学等方面发挥着重要作用。
本文将详细阐述裂变和聚变反应的原理、过程以及应用。
一、裂变反应裂变是指重原子核被撞击或吸收中子后分裂成两个或更多的轻核的过程。
最著名的裂变反应是铀-235裂变。
其过程可以用如下方程式来表示：U-235 + n → Ba + Kr + 3n + E其中，U-235指代铀-235核，n代表中子，Ba和Kr分别代表产生的产物核，E表示释放的能量。
在裂变反应中，中子被吸收后，原子核变得不稳定，进而分裂成两个核片段，同时伴随着大量的能量释放。
这些裂变产物中的中子还会继续引发更多的裂变反应，形成连锁反应。
这种连锁反应引发了核反应堆中的裂变链式反应，产生了大量的热能。
裂变反应常用于核电站中的核能发电过程。
通过控制中子的流动来维持连锁反应的平衡，从而产生稳定的能量输出。
此外，裂变技术还可用于核武器制造和医学放射治疗。
二、聚变反应聚变是将轻原子核融合成较重原子核的过程。
最典型的聚变反应是氢与氘的聚变，其反应方程式如下所示：H + D → He + n + E其中，H和D分别代表氢和氘的原子核，He代表产生的氦核，n代表中子，E表示释放的能量。
聚变反应通常需要高温和高压来克服原子核间的库仑斥力，使原子核足够接近，从而发生核反应。
这种条件通常只有在恒星和氢弹等极端环境下才能实现。
由于聚变反应释放的能量巨大且清洁，被认为是实现可持续、环保能源的未来选择。
聚变反应在太阳和恒星中是主要能量来源。
科学家们正在努力开发人工聚变技术，以实现可控核聚变并应用于能源生产。
目前，国际热核聚变实验堆（ITER）项目正在建设聚变反应堆，旨在证明聚变的可行性。
三、裂变与聚变的比较裂变和聚变是两种截然不同的核反应方式，它们在原理、过程和应用方面存在诸多区别。
首先，裂变反应将一个重原子核分裂为两个或更多的轻核，而聚变反应则是将轻核融合成较重核。
原子核的裂变与聚变反应
原子核的裂变与聚变反应原子核的裂变与聚变是两种重要的核反应过程，它们在能源产生和核武器等领域具有重要作用。
本文将介绍原子核的裂变与聚变反应的基本原理、应用和前景。
一、裂变反应原子核的裂变是指重核（如铀、钚等）吸收中子后，发生核分裂，产生两个或更多的新核以及释放出大量能量的过程。
裂变过程中，会伴随着中子的释放，进一步引发其他核反应。
裂变反应最著名的实例是铀-235的裂变。
当铀-235核吸收中子后，会形成铀-236核，并释放出几个中子和大量能量。
这些中子可能会引发其他铀-235核的裂变，形成一系列链式反应，同时释放出大量的能量。
这种能量的释放可以用来发电，也可用于核武器。
二、聚变反应原子核的聚变是指轻核（如氘、氚等）在高温高压条件下相互碰撞并融合在一起，形成更重的核以及释放巨大能量的过程。
聚变反应是太阳和恒星中能量产生的主要机制。
聚变反应最常见的实例是氘-氚聚变反应。
当氘和氚核发生聚变反应时，会生成氦核，同时释放出一个中子和大量能量。
聚变反应需要极高的温度和压力来克服核间的电荷斥力，因此需要使用等离子体或比如惯性约束聚变等特殊技术来实现。
三、应用与前景裂变和聚变反应在能源产生方面有着重要作用。
1. 裂变反应的应用：a. 核电站：裂变反应产生的能量可用于发电，目前世界上的大部分核电站都是基于裂变反应工作的。
b. 核武器：裂变反应是核武器的基本原理之一，核弹头中使用裂变材料来实现核爆炸。
2. 聚变反应的应用：a. 未来能源：聚变反应是实现“清洁、可持续、高效”的能源梦想的一种可能途径。
聚变反应的燃料可从海水中提取，反应产物为氦，无放射性废料，不产生温室气体。
b. 恒星模拟：聚变反应的研究有助于了解恒星内部的物理过程，为天体物理学提供重要的实验数据。
不过，裂变和聚变反应仍然面临一些挑战和难题：- 裂变反应产生大量放射性废物，需要妥善处置和管理。
- 聚变反应需要极高温度和压力，目前仍未找到稳定有效的聚变反应方法，并且需要克服等离子体的稳定性问题。
原子核裂变与聚变的物理原理
原子核裂变与聚变的物理原理在我们生活的世界中，原子核裂变与聚变是两个重要的物理过程。
这两个过程不仅在核能领域有着广泛的应用，也对我们理解宇宙的本质和能源的利用具有重要意义。
本文将探讨原子核裂变与聚变的物理原理，以及它们的应用和影响。
一、原子核裂变的物理原理原子核裂变是指重核（通常是铀或钚等）被中子轰击后发生的核反应过程，其中重核分裂成两个中等大小的核片段，并释放出大量的能量和中子。
裂变可分为自发裂变和诱发裂变两种情况。
自发裂变是指重核自身的不稳定性导致的裂变过程。
通过海森堡的原理，我们知道核子不能同时具有确定的位置和动量，这导致了核子存在一定的振荡，而重核的不稳定性会增加这种振荡。
当核子的振荡能量超过一定的临界值时，就会触发核裂变。
诱发裂变是通过加速中子轰击重核，使其发生裂变。
中子具有质量和电荷中性，因此可以穿透普通物质，直达重核内部。
当中子被重核吸收后，重核的原子核变得高度不稳定，从而发生裂变。
原子核裂变释放的能量主要来自裂变产物的自由能和核强力的释放。
由于裂变产物的质量总和小于原子核的质量，根据爱因斯坦的质能关系，能量差被转化成释放的能量。
这种能量的释放使得原子核裂变成为强大的能源。
二、原子核聚变的物理原理原子核聚变是指轻核（如氢和氦等）在高温和高压下发生的核反应过程，其中轻核聚集成更重的核，同时释放出大量的能量。
在宇宙中，恒星的能量来源主要是由于核聚变而产生。
在恒星内部，由于巨大的压力和温度，轻核的热运动使得它们具有足够的能量越过库仑势垒，碰撞并融合成更重的核。
聚变通常发生在氢核（质子）融合成氦核的过程中。
核聚变产生的能量主要来自于质量的差异。
由于核聚变产物的总质量小于原子核的质量，相应的能量被转化为释放的能量。
“E=mc²”中的“m”代表核质量的差异，“c”代表光速，而“E”则是能量。
核聚变产生的能量远远超过化学反应的能量，因此聚变也被认为是一种具有无限供应能源的理想途径。
三、原子核裂变和聚变的应用和影响原子核裂变和聚变在能源领域具有重要的应用和影响。
核裂变和核聚变的反应方程式
核裂变和核聚变的反应方程式
核裂变和核聚变是核物理学中的两种基本过程，它们都是一种自发裂变，可以产生大量能量。
核裂变和核聚变的区别在于发生机理和物理机制不同。
这里我们将简要介绍这两种反应的反应方程式，并讨论它们的区别。
核裂变的反应方程式是：$^{A}_{Z}X \rightarrow {}^{A-4}_{Z-2}Y + 2n + \varepsilon$其中，$^{A}_{Z}$X表示原子核，$^{A-4}_{Z-2}$Y表示反应后产生的原子核，n表示中微子，$\varepsilon$表示能量。
核聚变的反应方程式是：$^{A}_{Z}X + ^{A}_{Z}Y
\rightarrow {}^{A+2}_{Z+2}Z + 2n + \varepsilon$其中，
$^{A}_{Z}$X和$^{A}_{Z}$Y表示原子核，
$^{A+2}_{Z+2}$Z表示反应后产生的原子核，n表示中微子，$\varepsilon$表示能量。
从反应方程式可以看出，核裂变和核聚变的主要区别是原子核的变化。
在核裂变中，原子核发生量子态跃迁，向轻原子核的方向跃迁，从而产生中微子和能量。
而在核聚变中，两个轻原子核合并，产生一个重原子核，同时释放出中微子和能量。
另外，核裂变和核聚变的发生机理也有所不同。
核裂变是一种自发过程，即原子核自身发生量子态跃迁，而核聚变则需要较高的温度和压力条件才能发生。
总之，核裂变和核聚变是核物理学中两种重要的过程，它们的反应方程式和区别都可以从反应方程式中看出，它们的发生机理也有所不同。
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第五章 核裂变与核聚变5.1核裂变反应1.自发裂变与诱发裂变1).自发裂变－原子核没有外来粒子轰击自行发生裂变 一般表达式212211Y Y X A Z A Z A Z+→ 21A A A +=；21Z Z Z+=。
(1)裂变能s f Q ,由能量守恒可以导出自发裂变的裂变能s f Q ,()()222111,,,A Z Y A Z Y sf T T Q +=()()()[]222112,,,c A Z M A Z M c A Z M ⋅+-=()()()A ZB A Z B A Z B ,,,2211-+=()[()()]2211,,A Z A Z A Z -∆+∆-∆=自发裂变发生的条件：0,>s f Q 。
从比结合能曲线看，90>A 即可满足此条件。
(2)裂变势垒与穿透势垒概率从上面讨论可见，90>A 原子核就可能发生自发裂变。
但实验发现很重的核才能发生，有能量放出只是原子核自发裂变的必要条件，具有一定大小的裂变概率，才能在实验上观察到裂变事件。
和α衰变的势垒穿透类似，原子核自发裂变也要穿透一个势垒，这种裂变穿透的势垒称为裂变势垒。
势垒穿透概率的大小和自发裂变半衰期密切相关，穿透概率大，半衰期就短，穿透概率小，半衰期就长。
而且，自发裂变半衰期对于裂变势垒的高度非常敏感，例如，垒高相差MeV 1，自发裂变半衰期可以差到510倍。
根据核的液滴模型可得裂变势垒的近似公式sps b E A Z E ,32219.0183.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 式中sp s E ,球形核的表面能。
随着A Z 2的加大，裂变势垒高度降低。
因而自发裂变的概率增加。
A Z 2较小的核，尽管满足0,>s f Q ，但因裂变势垒太高，很难穿透势垒，所以，这些核对自发裂变是稳定的。
(3)裂变份额f R重核大多数具有α放射性，自发裂变与α衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕变的两种形式。
发生自发裂变过程的衰变常数记为f λ，发生α衰变过程的衰变常数记为αλ。
对U 23592： a 101039.9-α⨯=λ，a f 181085.3-⨯=λ；故裂变份额 0≈λ+λλ=αf f fR对Cf25298：a 725.0=λα，a f 31010.8-⨯=λ；故裂变份额 %8.2=λ+λλ=αf f fR对Cf25498：则裂变份额:%7.99=f R 。
裂变碎片是很不稳定的原子核，一方面碎片处于较高的激发态，另一方面它们是远离β稳定线的丰中子核而发射中子，所以自发裂变核又是一种很强的中源。
２)诱发裂变－在外来粒子的轰击下，靶核与入射粒子形成复合核，复合核一般处于激发态，会进而发生裂变。
入射粒子可以是带电粒子或中子，主要研究是中子，它是链式核反应的主要过程。
其一般表达式为Y Y X X n A Z A Z A Z A Z 2211*1+→→++一般假定靶核是静止的，中子的动能为n T 。
先看复合核的形成过程。
由能量守恒()[]()2*21,,c A Z M E c A Z M m T n n ++=++ 可得到()()[]2*1,,c A Z M A Z M m T E n n +-++=其中*E 为复合核的激发能。
由于在质心系中讨论比较方便，给出入射粒子在质心系中的动能为 n n n A A n T A AT m m m T 1'+≈+=。
由最后一个中子的结合能的定义：()()()[]21,,1,c A Z M m A Z M A Z B n n +-+=+()()()1,0,1,+∆-∆+∆=A Z A Z所以，在质心系中，复合核的激发能()n n T A AA ZB E 1+++=1,*可见，复合核的激发能为最后一个中子的结合能和中子的相对运动动能之和。
根据复合核激发能和裂变势垒的大小，可以分热中子核裂变和阈能核裂变两种情况讨论。
(1)热中子核裂变以U 235为例，可表达为 YX U U n +→→+*236235由于热中子的能量00253.0≈=eV T n ，所以，*236U 的激发能()1,*+≈A Z B E n 所以， ()()()MeV E 545.6236,921,0235,92*=∆-∆+∆=而U 236的裂变势垒MeV E b 9.5=。
只有核的激发能*E 超过裂变势垒高度b E 时，裂变概率才显著增大，才能从实验上观察到裂变发生。
这样的核素称为易裂变核，同样的易裂变核还有,...Pu ,Pu ,U 241239233。
(2)阈能核裂变－中子须大于一定能量才有较大的概率发生核裂变。
以U 238为例()()()()MeVB n 806.4239,921,0238,92238,92=∆-∆+∆=；其裂变势垒MeV E b 20.6= 由公式()n n T A AB E 1238,92*++= 和前讨论的一样，在质心系中裂变前后体系的动量均为零，只要b E E=*，就容易发生裂变，所以()b n n E T A AB E =++=1238,92* 代入，得到发生核裂变的阈能：()[]MeV B E AA T n b n 40.1238,921=-+=这样，中子能量必须大于某一阈能的核裂变称为阈能核裂变。
能发生阈能核裂变的核素有Th 232，Pu 238等。
引起上述差别的原因可以归纳为下面两点：中子被核俘获后形成复合核。
复合核处于激发态，它将发生集体振荡并改变形状。
按液滴模型，这时有两种力相互竞争：表面张力将力图使原子核保持球形；库仑力将使核的形变增大，最终有可能使它拉长而一分为二。
裂变能否发生将取决于复合核的激发能的大小及库仑能C E 与表面能S E 的比值。
对后者而言，可裂变率χAZ A A Z E E sc 232312~~=χ- 可见，A Z 2越大，裂变的可能性也越大。
以U U n 236235→+为例，86.352=A Z ，U 238的A Z 2的值比U 235略小一点，可裂变率也小一点。
更重要的原因在于复合核的激发能的差异。
U 235是奇A 核，欢迎再来一个中子与它成对。
因此，中子与U 235结合得很紧，结合能为MeV 545.6，复合核U 236处于高激发态，而其裂变势垒b E 仅为MeV 9.5，从而容易发生裂变。
U 238为偶偶核，外来中子的结合能就比较小。
中子与U 238的结合能MeV B n 806.4=。
而U 239的裂变势垒为MeV 20.6，因此，中子必须大于某一定能量才能发生核裂变。
3)诱发裂变截面定义： sa fN I I ⋅=σ 单位面积的靶核数粒子数单位时间单位面积入射单位时间内发生裂变数⨯=同样其量纲为面积，单位是2m 或2cm 。
在手册中，常给出多种截面值：f σ――裂变截面；γσ――辐射俘获截面()γ,n ；a σ――吸收截面，γσ+σ=σf a ；t σ――总截面， a t σ>σ。
一些裂变核素的截面值见表25-。
裂变截面与入射中子能量的关系：对慢中子()KeV T n 1<有如下关系：nT v v v 1100∝∝σ=σ称为v 1规律。
式中0σ是对热中子()eV T n 0253.0=截面，0v 为热中子速度sm v 22000=。
以U 235为例，b 2.5820=σ。
共振中子()KeV T KeV n 101<<，为共振区，峰值达几十b ； 快中子 在MeV T n 1~ b f 1~~min σσ。
2 裂变后现象复合核处于激发态，复合核发生裂变。
原子核裂变后产生两个碎片。
裂变后现象即指裂变碎片的性质及释放的中子及γ射线等。
1) 裂变过程碎片的特点：和自发裂变一样碎片不稳定，处于高激发态且为丰中子，发射1～3个瞬发中子和瞬发γ射线，，此过程在s 10-内完成；通过β衰变进一步释放能量，其半衰期一般为大于s 210-，著名的β衰变链)(140,40β140,12.8β140,66β140,16β140稳定Ce La Ba Cs Xe hd s s −−→−−−−→−−−→−−−→−----；β衰变后的核素仍为丰中子，进而立即发射缓发中子和缓发γ而趋于稳定核，缓发中子的时间取决于β衰变的半衰期。
2) 裂变碎片的质量分布裂变碎片的质量具有一定的分布。
低激发态重核的裂变大多是以非对称方式发生的。
以U 235为例，呈一马鞍形。
重碎片的质量的峰值是139=A ，而轻裂变碎片的质量的峰值是96=A 。
而对1182236==A 的裂片仅占%01.0，从结合能的角度则无法解释，可通过核结构的壳层效应来解释。
对各种裂变核的重碎片的质量的峰值都在139=A 附近，而轻裂变碎片则随裂变核而改变。
裂变碎片几乎包括了大多数的中等核素。
3) 裂变中子裂变中子可分为瞬发中子和缓发中子。
瞬发裂变中子的能量是连续的，服从麦克斯威分布。
其平均能量对Cf 252 MeV E 025.0179.2±= 对U N 235+ MeV E 029.0979.1±=缓发裂变中子产生于裂变产物的某些β衰变链中。
缓发中子占全部中子的0064.0。
可控核裂变的实现取决于缓发中子的控制。
每次裂变释放出中子的平均数用符号ν表示，ν包括瞬发中子和缓发中子。
由于易裂变核吸收一个低能中子，除发生裂变外，还可能发生()γ,n 反应。
因此，易裂变核每吸收一个热中子后，放出的平均中子数应为af σσν=η以U 235为例，51.2=ν，28.2=η。
4) 裂变能f Q 及其分布裂变能定义为由复合核裂变成碎片所放出的能量。
由于中等质量的裂变碎片的比结合能比重核的比结合能大，所以裂变必然放出巨大的能量。
重核每次裂变大约产生MeV 200的裂变能，裂变能大部分分配为裂变碎片的动能。
具体分配表见表5-3。
在计算核的裂变能时要注意核子数是否守恒。
碎片是带巨大动能的、带正电荷的重离子，十分有利于探测。
3 链式反应和核反应堆 1)维持链式反应的条件一个可裂变核俘获一个中子发生裂变时，平均释放出若干个中子，这些中子或或通过慢化而成的热中子，引起新的裂变产生第二代中子。
第二代中子再引起裂变产生第三代中子，依次类推，这些过程称为链式反应。
要维持链式反应的基本条件是裂变放射出来的新一代中子中平均有一个中子又能引起新的裂变。
即考虑了裂变中子的一切可能损失后，任何一代中子的总数要大于或等于前一代的总数，在无限大的介质中，相邻两代中子总数之比称为中子倍增系数单位时间吸收的中子数单位时间生成的中子数=∝k维持链式反应的条件为。
1=k 为临界状态，1>k 为超临界状态。
这里总中子数是统计平均的概念。
要维持链式反应，必定有一个适当的大小，这称为临界体积。
对有限大小的反应堆，有效倍增系数漏）的中子数单位时间（被吸收＋泄单位时间生成的中子数=effk显然，∝<k k eff。