核裂变和裂变反应堆1 PPT
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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。
第2节 核裂变和裂变反应堆
m m D mT (m mn ) 0.018884u
损失的能量
E mc2 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核；
不经 济
２、把原子核加热到很高的温度；
106～108K
聚变反应又叫热核反应
裂变 和 聚变
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
吸收能 量
核
反
应
核子结合成原子核
放出能 量
使较重的核分裂成中等大小的 核
把较小的核合并成中等大小的 核
物理学中把重核分裂成质量较小的核， 释放核能的反应叫做裂变．把轻核结合成质 量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变．
2.裂变
原子核(原子量M＞200)受到中子的轰击分裂成 两个或两个以上中等质量原子核的现象，称为核的 裂变．
裂变方程：
235 92
U01n15349Xe3985Sr
201
n
200MeV
235 92
U01n15461
Ba9326
Kr301
n
200MeV
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：
二.链式反应
原子核发生裂变时放出中子，如果这些 中子使裂变反应不断地进行下去，这种反应 叫链式反应。
链式反应
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．
损失的能量
E mc2 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核；
不经 济
２、把原子核加热到很高的温度；
106～108K
聚变反应又叫热核反应
裂变 和 聚变
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
吸收能 量
核
反
应
核子结合成原子核
放出能 量
使较重的核分裂成中等大小的 核
把较小的核合并成中等大小的 核
物理学中把重核分裂成质量较小的核， 释放核能的反应叫做裂变．把轻核结合成质 量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变．
2.裂变
原子核(原子量M＞200)受到中子的轰击分裂成 两个或两个以上中等质量原子核的现象，称为核的 裂变．
裂变方程：
235 92
U01n15349Xe3985Sr
201
n
200MeV
235 92
U01n15461
Ba9326
Kr301
n
200MeV
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：
二.链式反应
原子核发生裂变时放出中子，如果这些 中子使裂变反应不断地进行下去，这种反应 叫链式反应。
链式反应
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．
[新版本]《核裂变与核聚变》PPT教学课件-人教版物理
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(19~21点)、人定(21~23点)。
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，
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，
反应堆控制原理(课堂PPT)
29
▪ 3.维持功率水平 由于运行时的各种原因，会使反应堆功率偏 离指定值。为了维持一定功率水平，用控制 库的自动调节来抵消各种引起功率波动的因 素。
▪ 4.保证堆的安全 反应堆在运行过程中可能会发生事故或出现 某种紧急情况，控制保护系统应能快速动作， 及时制止事故的发生和发展，以保证反应堆 安全。
▪ 四组控制棒按叠步程序一直移动到棒位偏差进入死 区为止。图9．21示出反应堆功率调节系统工作原 理。
47
48
▪ 1．二回路功率选择 ▪ 有可能作为功调棒组跟踪的二回路功率需求信导和选用条件
如下所述。 ▪ (1)最终功率整定值 ▪ 它是在汽轮机旁路系统GCT投入运行时设置的。当汽轮机脱
扣、超高压断路器断开或GCT置P模式时，就要选择它作为 反应堆功率的整定值。前两种瞬态发生说明汽轮机的功率需 求突然减少，这时反应堆仍然维持一定的高于汽轮机需求的 功率，多余的功率由排故系统排出。当汽轮机恢复用汽或用 汽量增加时，先不改变反应堆功率，而是通过减少排放功率 来满足汽轮机蒸汽需求的变化，直到汽轮机功率增加到比最 终功率整定值大时，再改选汽轮机功率以跟踪之。这种运行 方式的特点是比较好地保证汽轮机恢复或增加用汽时的负荷 跟踪性能。至于这两种瞬态发生后最终功率整定值是多大， 则视瞬态前汽轮机功率而定。如果瞬态发生前汽轮机功率大 于 率或整等定于值即30取％瞬P态n ，发最生终前功的率汽整轮定机值功就率是值3。0％Pn否则最终功
3
▪ 2．核反应截面和核反应率
▪ (1)微观截面
假定有一束平行中子，其强度为I，该中子束 垂直打在一个面积为1m2、厚度为△X m的薄 靶上，靶内核密度是N，靶后放一个中子探测 器，见图5—1。由于中子在穿过靶的过程中 会与靶核发生吸收或散射反应，使探测器测 到的中子束强度I′减小；记△ I = I - I′ ，实验 表明：
▪ 3.维持功率水平 由于运行时的各种原因，会使反应堆功率偏 离指定值。为了维持一定功率水平，用控制 库的自动调节来抵消各种引起功率波动的因 素。
▪ 4.保证堆的安全 反应堆在运行过程中可能会发生事故或出现 某种紧急情况，控制保护系统应能快速动作， 及时制止事故的发生和发展，以保证反应堆 安全。
▪ 四组控制棒按叠步程序一直移动到棒位偏差进入死 区为止。图9．21示出反应堆功率调节系统工作原 理。
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▪ 1．二回路功率选择 ▪ 有可能作为功调棒组跟踪的二回路功率需求信导和选用条件
如下所述。 ▪ (1)最终功率整定值 ▪ 它是在汽轮机旁路系统GCT投入运行时设置的。当汽轮机脱
扣、超高压断路器断开或GCT置P模式时，就要选择它作为 反应堆功率的整定值。前两种瞬态发生说明汽轮机的功率需 求突然减少，这时反应堆仍然维持一定的高于汽轮机需求的 功率，多余的功率由排故系统排出。当汽轮机恢复用汽或用 汽量增加时，先不改变反应堆功率，而是通过减少排放功率 来满足汽轮机蒸汽需求的变化，直到汽轮机功率增加到比最 终功率整定值大时，再改选汽轮机功率以跟踪之。这种运行 方式的特点是比较好地保证汽轮机恢复或增加用汽时的负荷 跟踪性能。至于这两种瞬态发生后最终功率整定值是多大， 则视瞬态前汽轮机功率而定。如果瞬态发生前汽轮机功率大 于 率或整等定于值即30取％瞬P态n ，发最生终前功的率汽整轮定机值功就率是值3。0％Pn否则最终功
3
▪ 2．核反应截面和核反应率
▪ (1)微观截面
假定有一束平行中子，其强度为I，该中子束 垂直打在一个面积为1m2、厚度为△X m的薄 靶上，靶内核密度是N，靶后放一个中子探测 器，见图5—1。由于中子在穿过靶的过程中 会与靶核发生吸收或散射反应，使探测器测 到的中子束强度I′减小；记△ I = I - I′ ，实验 表明：
核裂变课件PPT
核裂变能源的优缺点
核裂变能源的优点
高效能源来源
核裂变能是一种高效的能源来源，其 产生的能量远大于传统的化石燃料。
减少温室气体排放
相比于燃烧化石燃料，核裂变能减少 了二氧化碳等温室气体的排放，有助 于减缓全球气候变化。
可替代传统能源
核裂变能可以作为传统能源的替代品 ，特别是在化石燃料资源日益枯竭的 背景下。
提供稳定能源供应
核裂变能发电站运行稳定，不受天气 、季节等因素影响，可以提供稳定的 能源供应。
核裂变能源的缺点
放射性废料处理
潜在的核安全问题
核裂变会产生放射性废料，处理和存储这 些废料需要特别的技术和设施，存在一定 的安全和环境风险。
核裂变能发电站存在潜在的核安全问题， 如核事故、核泄漏等，可能对环境和人类 健康造成严重危害。
国际合作与政策问题
核裂变能的国际合作和政策问题也是当前关注的焦点，需要加强国 际合作和政策协调，推动核裂变能的可持续发展。
CHAPTER 04
核裂变技术的应用
核裂变在能源领域的应用
01
02
03
核能发电
核裂变产生的能量可以用 于发电，相比传统的火力 发电更为高效且环保。
核能供热
利用核裂变产生的热量可 以为城市或工业区提供集 中供热，减少对化石燃料 的依赖。
反应堆容器
用于容纳核燃料和冷却剂，维 持反应堆的完整性和密封性。
冷却剂
用于将反应堆产生的热量带走 ，保持反应堆的正常运行温度 。
安全保护系统
用于在紧急情况下快速停堆， 防止事故发生或减轻事故后果 。
核裂变反应堆的工作原理
01
02
03
04
核燃料在反应堆中受到中子轰 击，发生核裂变反应，释放出
核裂变能源的优点
高效能源来源
核裂变能是一种高效的能源来源，其 产生的能量远大于传统的化石燃料。
减少温室气体排放
相比于燃烧化石燃料，核裂变能减少 了二氧化碳等温室气体的排放，有助 于减缓全球气候变化。
可替代传统能源
核裂变能可以作为传统能源的替代品 ，特别是在化石燃料资源日益枯竭的 背景下。
提供稳定能源供应
核裂变能发电站运行稳定，不受天气 、季节等因素影响，可以提供稳定的 能源供应。
核裂变能源的缺点
放射性废料处理
潜在的核安全问题
核裂变会产生放射性废料，处理和存储这 些废料需要特别的技术和设施，存在一定 的安全和环境风险。
核裂变能发电站存在潜在的核安全问题， 如核事故、核泄漏等，可能对环境和人类 健康造成严重危害。
国际合作与政策问题
核裂变能的国际合作和政策问题也是当前关注的焦点，需要加强国 际合作和政策协调，推动核裂变能的可持续发展。
CHAPTER 04
核裂变技术的应用
核裂变在能源领域的应用
01
02
03
核能发电
核裂变产生的能量可以用 于发电，相比传统的火力 发电更为高效且环保。
核能供热
利用核裂变产生的热量可 以为城市或工业区提供集 中供热，减少对化石燃料 的依赖。
反应堆容器
用于容纳核燃料和冷却剂，维 持反应堆的完整性和密封性。
冷却剂
用于将反应堆产生的热量带走 ，保持反应堆的正常运行温度 。
安全保护系统
用于在紧急情况下快速停堆， 防止事故发生或减轻事故后果 。
核裂变反应堆的工作原理
01
02
03
04
核燃料在反应堆中受到中子轰 击，发生核裂变反应，释放出
核能(PPT课件(初中科学)15张)
2、核聚变 （轻核聚变） 是使2个质量较小的原子核在超高温的条件 下结合成较大的新核，并释放能量的过程。
热核反应 聚变需要很高的温度，所以也叫 热核反应
热核反应一旦产生，就不再需要外界给它能 量，依靠自身产生的热就使核反应继续下去。
核聚变的例子： 氢弹，它的威力比原子弹大得多 我国第一颗氢弹爆炸时的情景。
能穿透几厘米厚的铅板 和几十厘米厚的混凝土
2、过量的辐射对人体和动物的组织都有破坏作用。
人体受到放射性污染，轻者头晕、疲乏、脱 发、红斑、白血球减少或增多、血小板减少； 而大剂量照射，还会引起白血病及骨、肺、 甲状腺癌变甚至死亡，放射性还能引起基因 突变和染色体畸变。
因此，在使用放射性物质时，必须注意安全， 也要防止放射性物质空气、水、生活用品等 的污染。
3、如果较少的量， 并谨慎地加以控制， 射线也可以为人类 服务。
放射性物质的标志
医疗上利用γ 射线治疗癌症。
浙江省秦山核电站
四、放射线
1、原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性 物质，这些物质的原子核内部会向外辐射出
肉眼看不见的、能量很高的射线。
如α射线、β射线、γ射线。
射线 实质
运行距离
α
带正电的高速运动 的氦原子核流
在空气中只能前进几厘米
β
带负电的高速运动 的电子流
能穿透几厘米厚的铝板
γ
能量很高的电磁波
第7节 核能
一、核 能
原子核产生改变时所产生的能量
1、原子是由什么组成？ 2、原子核是由什么组成？
质子
原子核
中子
核外电子
二、获得核能有两种途径：
1、核裂变 质量较大的原子核在中子轰击下分裂 （重核裂变）成2个新原子核，并释放能量的过程
核反应堆结构与材料材料PPT课件
2021/5/1
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第29页/共31页
核燃料的应用
2021/5/1
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第30页/共31页
感谢您的观看！
2021/5/1
核科学与技术学院
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典型陶瓷燃料性能
2021/5/1
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第25页/共31页
弥散体型燃料
• 弥散型燃料是由二氧化 铀或碳化铀等陶瓷燃料 颗粒，依照所需的物理 性质弥散在金属、非金 属或陶瓷基体上所组成 的燃料型式。
• 例如Al，不锈钢，Zr， 石墨等基体
2021/5/1
第26页/共31页
核心 包覆颗粒 燃料元件
26
弥散体型燃料弥散相要求
④ 合金铀的相关说明
主要合金形式有铀与锆、铬、钼、铌、铝等
与金属铀相比，合金具有较好的机械性能、良好的 抗腐蚀性能，对抗辐射性能有所改善
加入合金元素会使中子吸收增加，需使用富集铀
锆的熔点高，中子吸收截面小，抗辐射性能好，同 时铀在锆中的溶解度大（铀－锆合金 ）
熔点高，热导率高，便于轧制成型
1.216 10 4
exp(0.001867t)
K95 0.0191 1.216 104 exp(0.001867t)
Kp
1 ε 1 βε
K 100
2021/5/1
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第19页/共31页
二氧化铀的典型物性（2）
• 热导率（续）
燃耗对热导率的影响
低温时随燃耗升高热 导率下降
高温时变化不大
热导率随氧铀比增加 而减小
1226℃ t 2800℃
单位J/(kg℃)
2021/5/1
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第21页/共31页
二氧化铀的制备
核裂变 课件
【规律方法】 重核裂变的放能实质 重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损， 根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要 小.所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量， 而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量.
二、核电站
1.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：
【解题指导】解答此题应把握以下三点：
【标准解答】核反应方程为
23592U+10n
13954Xe+9438Sr+310n
该反应的质量亏损为
Δm=(mU+mn)-(mXe+mSr+3mn)= (235.043 94+1.008 665) u-(138.918 44+93.915
57+3×
1.008 665) u=0.192 6 u,
(1)23592U俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘 获低能量的中子发生裂变的概率大. (2)23892U只有在俘获的中子的能量大于1 MeV时才能发生核 反应，且裂变的几率较小.对于能量低于1 MeV的中子只与铀 核发生弹性碰撞，不能引起核反应.
【典例1】关于重核的裂变，以下说法正确的是( ) A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应 C.重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核 子数要减少 D.重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
【典例2】一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶 94，同时放出三个中子，写出核反应方程并算出一个铀核裂变 时释放的核能.已知mU=235.043 94 u,mXe=138.918 44 u, mSr=93.915 57 u,mn=1.008 665 u，1 u相当于931.5 MeV.
核裂变ppt课件
ΔE = Δmc2 = 0.01884 ×931.5MeV
= 17.59MeV
20
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
17.6 = 3.52MeV 2+3
是铀裂变（
201 235 + 1
=
0.852MeV）的约4倍。
2.实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够 经受如此高的温度。为了解决这个难题，科学家 设想了两种方案：1.磁约束 2.惯性约束
磁约束
带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力的 作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参 加反应的物质。
7
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。
8
（2）发生链式反应的条件：
铀块的质量大于临界质量，或者铀块的 体积大于临界体积。
素的 元 种 35
200 多种 同 位素
爆 炸
发生链式反应
9
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t 优质煤完全燃烧时释放的能量．
控制棒：镉棒，用于吸收中子， 控制核反应的快慢。
解决能源危机根本途径——核能。 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。 核聚变资源可使用几亿年。
16
17
核子平 均质量
D E
合成
F
O
Fe
原子序数
18
一、核聚变
1 、 轻核的聚变
某些轻核能够结合在一起，生成一 个较大的原子核，同时放出大量的核能。 这种核反应叫做聚变。
人教版选修3-5
第十九章 原子核
第六节 核裂变
1
核反应
19.6核裂变(共31张PPT)
求：（3）已知1吨优质煤完全燃烧时释放的能量为 计算1kg铀235全部裂变时所释放的能量相当于多少吨优质煤？
【解析】
作业
教科书88页“问题与练习”中的第3题、4题、5题
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
3.链式反应的条件： ①有足够浓度的铀235。
防止杂质吸 收中子，影 响链式反应
②有足够的慢中子。
③铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。
1.原子弹：足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量。 铀-235 的临界质量约为 1 kg，质量超过1 kg则发生爆炸。
第6节 核裂变
1．核裂变 （1）核裂变：物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应 叫做裂变．
（2）核裂变的 过程演示图：
发现：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。
（3）铀核裂变的一种反应方程：
→ U 235
92
+
1 0
n
141 56
控制棒
镉
吸收减速后的中子，控制反应速度
冷却剂
水或液态钠
把反应堆内的热量传输出去，用于发电， 同时也使反应堆冷却
防护层
金属套和钢筋混凝土 防止射线对人体及其他生物体的侵害
（3）核电站工作流程
工作原理： 核燃料裂变释放 能量，使反应区 温度升高
靠水和液态金属钠在反 应堆内外的循环流动， 把产生的热量传输出去
发生裂变反应时，会产生一些有危 险的放射性物质，很厚的水泥防护 层可以防止射线辐射到外面
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
【解析】
作业
教科书88页“问题与练习”中的第3题、4题、5题
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
3.链式反应的条件： ①有足够浓度的铀235。
防止杂质吸 收中子，影 响链式反应
②有足够的慢中子。
③铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。
1.原子弹：足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量。 铀-235 的临界质量约为 1 kg，质量超过1 kg则发生爆炸。
第6节 核裂变
1．核裂变 （1）核裂变：物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应 叫做裂变．
（2）核裂变的 过程演示图：
发现：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。
（3）铀核裂变的一种反应方程：
→ U 235
92
+
1 0
n
141 56
控制棒
镉
吸收减速后的中子，控制反应速度
冷却剂
水或液态钠
把反应堆内的热量传输出去，用于发电， 同时也使反应堆冷却
防护层
金属套和钢筋混凝土 防止射线对人体及其他生物体的侵害
（3）核电站工作流程
工作原理： 核燃料裂变释放 能量，使反应区 温度升高
靠水和液态金属钠在反 应堆内外的循环流动， 把产生的热量传输出去
发生裂变反应时，会产生一些有危 险的放射性物质，很厚的水泥防护 层可以防止射线辐射到外面
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
原子弹核裂变ppt讲解
原子核
第1节 核裂变
1
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
2
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：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
3
核子平均质量
D E
F
O
Fe
平均结合能
F
CB
C B
A Z
E
A
D
O
Fe
z
核子的平均结合能随质量数的变化
4
一.核裂变
1.核裂变 物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放
出核能的反应叫做核裂变．
5
2、铀核的裂变 （1）发现
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。
12
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
13
二、核电站
解决能源危机根本途径——核能 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。
14
二、核电站——慢中子反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 减速剂
15
核电站
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒
减速剂： 石墨、重水或普通水， 用于减小中子的速度
10
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。
第1节 核裂变
1
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
2
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：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
3
核子平均质量
D E
F
O
Fe
平均结合能
F
CB
C B
A Z
E
A
D
O
Fe
z
核子的平均结合能随质量数的变化
4
一.核裂变
1.核裂变 物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放
出核能的反应叫做核裂变．
5
2、铀核的裂变 （1）发现
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。
12
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
13
二、核电站
解决能源危机根本途径——核能 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。
14
二、核电站——慢中子反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 减速剂
15
核电站
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒
减速剂： 石墨、重水或普通水， 用于减小中子的速度
10
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。
核裂变 课件
链式反应的条件：（以下条件满足一个即可）
1、裂变物质的体积大于临界体积。 2、裂变物质的质量大于临界质量。
原子弹：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。
１９６４年１０月１６日我国第 一颗原子弹爆炸成功。
内爆式原子弹
枪式原子弹
二、核电站：是利用可控链式反应释放出能量发电。核
原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果 铀块不够大，中子在铀块通过时，就有可能碰不到 铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续，只有 当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率 打中某个铀核，使链式反应继续进行下去，能够发 生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。 相应的质量叫做临界质量。
我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运 行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电站已经运 行发电了.
秦山核电站
心设备是核反应堆。
反应堆：核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置。
控制棒——镉棒
水泥防护层
燃料棒—铀棒
燃料：铀棒 控制棒：镉吸收中子。
反应堆示意图
减速剂
慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石 墨、重水或普通水作慢化剂。
核能的和平利用――核电站
思考：在电站工作过程中，能是如何转化的？ 核能→内能→机械能→电能
Δm 0.3578 1027 kg
释放出的能量为： ΔE Δmc2 200MeV
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2800t优 质煤完全燃烧时释放的能量。
=
放出中子
235 92
U
01n
141 56
Ba
92 36
Kr
301 n
一般来说，一个铀核裂变要放出2～3个中子， 这些中子又会引起新的裂变、释放更多的能 量。
1、裂变物质的体积大于临界体积。 2、裂变物质的质量大于临界质量。
原子弹：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。
１９６４年１０月１６日我国第 一颗原子弹爆炸成功。
内爆式原子弹
枪式原子弹
二、核电站：是利用可控链式反应释放出能量发电。核
原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果 铀块不够大，中子在铀块通过时，就有可能碰不到 铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续，只有 当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率 打中某个铀核，使链式反应继续进行下去，能够发 生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。 相应的质量叫做临界质量。
我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运 行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电站已经运 行发电了.
秦山核电站
心设备是核反应堆。
反应堆：核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置。
控制棒——镉棒
水泥防护层
燃料棒—铀棒
燃料：铀棒 控制棒：镉吸收中子。
反应堆示意图
减速剂
慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石 墨、重水或普通水作慢化剂。
核能的和平利用――核电站
思考：在电站工作过程中，能是如何转化的？ 核能→内能→机械能→电能
Δm 0.3578 1027 kg
释放出的能量为： ΔE Δmc2 200MeV
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2800t优 质煤完全燃烧时释放的能量。
=
放出中子
235 92
U
01n
141 56
Ba
92 36
Kr
301 n
一般来说，一个铀核裂变要放出2～3个中子， 这些中子又会引起新的裂变、释放更多的能 量。
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从图中可以看出，铁原子核中原子的平均 质量最小。如果原子序数较大的重核分裂成原 子序数小小一些的核B和C，或者原子序数很小 的轻核D、E结合成一个原子序数大些的F核， 都会有质量亏损，都会放出巨大的核能。
核子平均质量
D E
Байду номын сангаас
F
A
CB
O
Fe
Z
核子的平均质量与原子序数之间的关系
名词解释
重核分裂成中等质量的核 时，释放出核能的反应称为核 裂变（nuclear fission）。
②快中子增殖反应堆
目的 特点
为了更充分的利用天然铀资源。 每“烧”掉一个裂变核可以产生一个以上 的新的燃料核。
维持链式反应
核裂变中产 生的快中子
被铀238 吸收
变成铀239
变成钚239
两次 β衰变
钚239也是一种可裂变的核燃料。在快中子增 殖反应堆中，钚239产生的速度大于铀235消耗的 速度，结果核燃料中可裂变产物会越来越多，由 此将天然铀资源的利用率提高到60%～70 % 。相 当于可利用的天然铀资源增加了60 ～ 70倍。
第二，用吸收中子能力很强的镉做成控制 棒，将它们插入铀棒之间。用控制棒调节反应堆 中的中子数目，从而控制链式反应的速度，使反 应既不会过分剧烈，又能以一定强度进行下去。
反应堆内外循环流动的冷却剂将裂变产生 的热传输出去。常用的冷却剂有轻水、重水和液 态金属钠。
用普通水做慢化剂和冷却剂的轻水堆又分为 沸水堆和压水堆。
教学重难点
1、重点
链式反应及其释放核能的计算。 重核裂变核反应方程式的书写。
2、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。
本节导航
1、裂变和链式反应 2、核反应堆 3、核电站
通过前面的学习，核反应中有些
可以释放出能量，有些要吸收能量， 想一想
慢中子反应堆结构示意图
控制棒——镉棒
燃料棒——铀棒
水泥防护层
减速剂
堆芯 反射层 水泥防护层
由燃料棒、控制棒和慢化剂组成 把外逸的中子反射回堆层 屏蔽堆中放出的各种射线
注意
a 建造核反应堆时要特别注意的 问题是防止放射线和放射性物质的泄
露，以伤害人体、污染环境。
b 核反应堆中使用过的核废料仍然具有很强的 放射性，必须装入特制的容器，深埋地下。
由于重核的不稳定性，有的重核会发生自发 裂变，但这种裂变中核能释放的过程进行得极其缓 慢，功率很小。
例如，在自发裂变情况下，1g铀238要经过45 亿年才剩下0.5g，再经过45亿年剩下0.25g……如此 缓慢地释放何能是毫无价值的。
怎样让释放的核能有价值呢？
想一想
哈恩
1939年12月，德国科学家哈恩和 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 典型的反应是裂变成钡和氪，同时 放出三个中子。核反应方程为：
核反应堆（nuclear reactor）是一种实现可控 链式反应的装置，它可以使堆内的链式反应以一 定的强度进行下去，从而稳定的释放核能。
1945年，世界上那个第一个实验核反应堆建 成。
核反应堆的类型多种多样，根据反应堆的 工作原理，主要分为以下两类：
慢中子反应堆
目前广泛应用的 实用核反应堆
快中子增 殖反应堆
U 235
92
+
1 0
n
141 56
Ba
+
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Kr
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n
铀235的裂变
1 0
n
U 2 3 5 92
9 3
26 K
r
B 1 4 1
56
a
裂变时会释放出巨大的核能。在上述裂变
的前后的质量亏损为 △m=0.358×10-27kg
释放的核能为
△E=△m·c2=201MeV
铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。 一般说来，铀核裂变时平均每个核子释放的能量 约为1MeV.
什么样的核反应会放出能量呢？
物理学家发现，不仅核子结合成原子时核 时有质量亏损，会放出核能，有些重核分裂成中 等质量的核时也会发生质量亏损，同时放出巨大 的核能。
想一想，这又是为什么呢？
想一想
核反应示意图
反应物
核子数
＝
核子的平均质量 ＝
生成物
核子数
原子核质量 核子数
精确的研究表明，原子核的质量虽然随着 原子序数Z的增大而增大，但是二者之间并不 成正比关系。人们发现，不同的原子核，其核 子的平均质量（原子核的质量）如下页的图。
目前正在研究和 试验的核反应堆
① 慢中子反应堆
堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后 发生的裂变。
反应堆主要通过以下两个方面来控制链式 反应。
第一，铀裂变时产生的中子大都为快中子， 而铀235易俘获慢中子而不易俘获快中子。因此， 需用慢化剂使裂变中放出的快中子减速，成为 可以诱发铀235裂变的慢中子（又称热中子）， 从而维持链式反应。常用的减速剂有轻水（普 通水）、重水或石墨。根据所用慢化剂的不同。 反应堆可以分为轻水堆、重水堆、石墨堆等。
中子
如果不对链式反应进行控制，雪崩式的链 式反应就会在瞬间发生，数量巨大的铀核在不 到百万分之一秒内全部全部裂变会放出惊人的 能量，并形成剧烈爆炸。
原子弹原理
原
子
弹
原
爆
子
炸
弹
怎样想办法让链式反应中释放的
巨大能量为我们所用而又不引发爆炸 想一想
呢？
我们应该让链式反应中产生的核能稳定释放， 必须控制链式反应进行的速度。
1、知识与能力
知道核裂变的概念，知道重核裂变中 能释放出巨大的能量。 知道什么是链式反应。 了解常用裂变反应堆的类型，了解核 电站及核能发电的优缺点。
2、过程与方法
通过对核子平均质量与原子序数关系 的理解，培养学生的逻辑推理能力及 应用教学图像处理物理问题的能力。
3、情感态度与价值观
激发学生热爱科学、探求真理的激情， 树立实事求是的科学态度。 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。
核裂变和裂变反应堆
知识回顾
衰变
U 238
92
234 90
Th
234 90
Th
＋
4 2
He
e 234
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Pa
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人工转变
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N
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He
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+
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H
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Be
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He
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C
+
1 0
n
导入新课
秦山核电站 想了解它们吗？
核电站中的核反应堆 Let us go！！！
教学目标
可以估计，如果1kg铀全部裂变，它放出的 能量约为2000t优质煤完全燃烧时释放的能量。
一般说来，铀核裂变时总要释放出2～3个中 子，这些中子又引起其他的铀核裂变并释放更多 的中子，这样裂变就会自动的不断进行下去，释 放出越来越多的能量，这一过程称为链式反应 （chain reaction）。
中子 铀235裂变
核子平均质量
D E
Байду номын сангаас
F
A
CB
O
Fe
Z
核子的平均质量与原子序数之间的关系
名词解释
重核分裂成中等质量的核 时，释放出核能的反应称为核 裂变（nuclear fission）。
②快中子增殖反应堆
目的 特点
为了更充分的利用天然铀资源。 每“烧”掉一个裂变核可以产生一个以上 的新的燃料核。
维持链式反应
核裂变中产 生的快中子
被铀238 吸收
变成铀239
变成钚239
两次 β衰变
钚239也是一种可裂变的核燃料。在快中子增 殖反应堆中，钚239产生的速度大于铀235消耗的 速度，结果核燃料中可裂变产物会越来越多，由 此将天然铀资源的利用率提高到60%～70 % 。相 当于可利用的天然铀资源增加了60 ～ 70倍。
第二，用吸收中子能力很强的镉做成控制 棒，将它们插入铀棒之间。用控制棒调节反应堆 中的中子数目，从而控制链式反应的速度，使反 应既不会过分剧烈，又能以一定强度进行下去。
反应堆内外循环流动的冷却剂将裂变产生 的热传输出去。常用的冷却剂有轻水、重水和液 态金属钠。
用普通水做慢化剂和冷却剂的轻水堆又分为 沸水堆和压水堆。
教学重难点
1、重点
链式反应及其释放核能的计算。 重核裂变核反应方程式的书写。
2、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。
本节导航
1、裂变和链式反应 2、核反应堆 3、核电站
通过前面的学习，核反应中有些
可以释放出能量，有些要吸收能量， 想一想
慢中子反应堆结构示意图
控制棒——镉棒
燃料棒——铀棒
水泥防护层
减速剂
堆芯 反射层 水泥防护层
由燃料棒、控制棒和慢化剂组成 把外逸的中子反射回堆层 屏蔽堆中放出的各种射线
注意
a 建造核反应堆时要特别注意的 问题是防止放射线和放射性物质的泄
露，以伤害人体、污染环境。
b 核反应堆中使用过的核废料仍然具有很强的 放射性，必须装入特制的容器，深埋地下。
由于重核的不稳定性，有的重核会发生自发 裂变，但这种裂变中核能释放的过程进行得极其缓 慢，功率很小。
例如，在自发裂变情况下，1g铀238要经过45 亿年才剩下0.5g，再经过45亿年剩下0.25g……如此 缓慢地释放何能是毫无价值的。
怎样让释放的核能有价值呢？
想一想
哈恩
1939年12月，德国科学家哈恩和 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 典型的反应是裂变成钡和氪，同时 放出三个中子。核反应方程为：
核反应堆（nuclear reactor）是一种实现可控 链式反应的装置，它可以使堆内的链式反应以一 定的强度进行下去，从而稳定的释放核能。
1945年，世界上那个第一个实验核反应堆建 成。
核反应堆的类型多种多样，根据反应堆的 工作原理，主要分为以下两类：
慢中子反应堆
目前广泛应用的 实用核反应堆
快中子增 殖反应堆
U 235
92
+
1 0
n
141 56
Ba
+
92 36
Kr
+
3
1 0
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铀235的裂变
1 0
n
U 2 3 5 92
9 3
26 K
r
B 1 4 1
56
a
裂变时会释放出巨大的核能。在上述裂变
的前后的质量亏损为 △m=0.358×10-27kg
释放的核能为
△E=△m·c2=201MeV
铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。 一般说来，铀核裂变时平均每个核子释放的能量 约为1MeV.
什么样的核反应会放出能量呢？
物理学家发现，不仅核子结合成原子时核 时有质量亏损，会放出核能，有些重核分裂成中 等质量的核时也会发生质量亏损，同时放出巨大 的核能。
想一想，这又是为什么呢？
想一想
核反应示意图
反应物
核子数
＝
核子的平均质量 ＝
生成物
核子数
原子核质量 核子数
精确的研究表明，原子核的质量虽然随着 原子序数Z的增大而增大，但是二者之间并不 成正比关系。人们发现，不同的原子核，其核 子的平均质量（原子核的质量）如下页的图。
目前正在研究和 试验的核反应堆
① 慢中子反应堆
堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后 发生的裂变。
反应堆主要通过以下两个方面来控制链式 反应。
第一，铀裂变时产生的中子大都为快中子， 而铀235易俘获慢中子而不易俘获快中子。因此， 需用慢化剂使裂变中放出的快中子减速，成为 可以诱发铀235裂变的慢中子（又称热中子）， 从而维持链式反应。常用的减速剂有轻水（普 通水）、重水或石墨。根据所用慢化剂的不同。 反应堆可以分为轻水堆、重水堆、石墨堆等。
中子
如果不对链式反应进行控制，雪崩式的链 式反应就会在瞬间发生，数量巨大的铀核在不 到百万分之一秒内全部全部裂变会放出惊人的 能量，并形成剧烈爆炸。
原子弹原理
原
子
弹
原
爆
子
炸
弹
怎样想办法让链式反应中释放的
巨大能量为我们所用而又不引发爆炸 想一想
呢？
我们应该让链式反应中产生的核能稳定释放， 必须控制链式反应进行的速度。
1、知识与能力
知道核裂变的概念，知道重核裂变中 能释放出巨大的能量。 知道什么是链式反应。 了解常用裂变反应堆的类型，了解核 电站及核能发电的优缺点。
2、过程与方法
通过对核子平均质量与原子序数关系 的理解，培养学生的逻辑推理能力及 应用教学图像处理物理问题的能力。
3、情感态度与价值观
激发学生热爱科学、探求真理的激情， 树立实事求是的科学态度。 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。
核裂变和裂变反应堆
知识回顾
衰变
U 238
92
234 90
Th
234 90
Th
＋
4 2
He
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91
Pa
＋
0 -1
人工转变
14 7
N
+
4 2
He
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1 1
H
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Be
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4 2
He
12 6
C
+
1 0
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导入新课
秦山核电站 想了解它们吗？
核电站中的核反应堆 Let us go！！！
教学目标
可以估计，如果1kg铀全部裂变，它放出的 能量约为2000t优质煤完全燃烧时释放的能量。
一般说来，铀核裂变时总要释放出2～3个中 子，这些中子又引起其他的铀核裂变并释放更多 的中子，这样裂变就会自动的不断进行下去，释 放出越来越多的能量，这一过程称为链式反应 （chain reaction）。
中子 铀235裂变