《核裂变与核聚变》-完整版
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人教版高二物理选修3-5第十九章1_7核裂变与核聚变(19页)-PPT优秀课件
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 ΔE＝Δmc2
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。
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 19.6_ 7核裂变 与核聚 变（共 19张P PT）
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： 1 3H1 2H 4 2H1 e 0n1.6 7Me
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 19.6_ 7核裂变 与核聚 变（共 19张P PT）
例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
3 He 核的质量为3.0150u。求：
2
（1）写出两个氘核聚变成
3 He
2
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）
1 2H1 2H 2 3H0 e 1n
56 36
0
n
? U→B+a 2 3 5 1 4 1 9
92
56 3
K 62 r
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 19.6_ 7核裂变 与核聚 变（共 19张P PT）
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 19.6_ 7核裂变 与核聚 变（共 19张P PT）
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．
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 ΔE＝Δmc2
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。
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 19.6_ 7核裂变 与核聚 变（共 19张P PT）
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： 1 3H1 2H 4 2H1 e 0n1.6 7Me
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 19.6_ 7核裂变 与核聚 变（共 19张P PT）
例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
3 He 核的质量为3.0150u。求：
2
（1）写出两个氘核聚变成
3 He
2
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）
1 2H1 2H 2 3H0 e 1n
56 36
0
n
? U→B+a 2 3 5 1 4 1 9
92
56 3
K 62 r
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 19.6_ 7核裂变 与核聚 变（共 19张P PT）
人 教 版 高 二 物理选 修3-5第 十九章 19.6_ 7核裂变 与核聚 变（共 19张P PT）
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．
5-4 核裂变与核聚变(课件)—高中物理人教版(2019)选择性必修第三册
新知探究
知识点 3 核聚变
4．优点 核聚变产能效率高，燃料的储量丰富，更为安全、清洁。 5．实现困难 核聚变需要的温度太高，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，即磁约束和惯性约束
课堂训练
1.我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称
为“人造太阳”）将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变
课堂训练
解析：A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是中子，A错误；
B．大亚湾核电站是利用重核裂变来发电，B错误；
C．根据质能方程，该核反应所释放的核能为E m1 m2 m3 m4 c2
C正确；
D．比结合能大的原子核更稳，一个氘核与一个氚核结合成一
个核时，释放能量，则
4 2
He更稳定，比结合能更大，核子数守恒，
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
1.核反应堆：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应
堆．
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 减速剂
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
2.反应堆工作原理 (1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，铀棒是燃料，由天然铀或浓 缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生 成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在 铀棒周围．
4．链式反应的条件 (1)铀块的体积大于临界体积． (2)铀块的质量大于临界质量． 以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．
名师指点
铀核的裂变和裂变方程 1．铀核的裂变 (1)核子受激发：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式。 (2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由 于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子 又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越 多的核能。
核裂变和核聚变
核裂变和核聚变是两种相反的核反应过程。核裂变，又称核分裂，是指由重的原子核，主要是指铀核或钚核，分裂成两个或多个质量较小的原子的一于核裂变。其中，铀裂变在核电厂最常见，热中子轰击铀-235原子后会放出2到4个中子以及X射线，并产生两个带正电且质量相近的重核，也就是裂变产物。核聚变则是指在非常苛刻的高温高压条件下，两个或多个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。太阳的能量来源就是核聚变，又称热核聚变。在太阳内部，氢原子在极高的温度约1000万℃和极高的压强下聚变成氦核，同时释放出巨大的能量。
最新高中物理精品课件(完美版)核裂变与核聚变
• 莉泽· 迈特纳（Lise Meitner）和奥多· 哈恩（Otto Hahn）同为 德国柏林威廉皇帝研究所（Kaiser Wilhelm Institute）的研究员。 作为放射性元素研究的一部分，迈特纳和哈恩曾经奋斗多年创造比 铀重的原子（超铀原子）。用游离质子轰击铀原子，一些质子会撞 击到铀原子核，并粘在上面，从而产生比铀重的元素。这一点看起 来显而易见，却一直没能成功。 • 他们用其他重金属测试了自己的方法，每次的反应都不出所 料，一切都按莉泽的物理方程式所描述的发生了。可是一到铀，这 种人们所知的最重的元素，就行不通了。整个20世纪30年代，没人 能解释为什么用铀做的实验总是失败。 • 从物理学上讲，比铀重的原子不可能存在是没有道理的。但 是，100多次的试验，没有一次成功。显然，实验过程中发生了他 们没有意识到的事情。他们需要新的实验来说明游离的质子轰击铀 原子核时究竟发生了什么。 • 最后，奥多想到了一个办法：用非放射性的钡作标记，不断 地探测和测量放射性的镭的存在。如果铀衰变为镭，钡就会探测到。 • 他们先进行前期实验，确定在铀存在的条件下钡对放射性镭 的反应，还重新测量了镭的确切衰变速度和衰变模式。这花了他们 三个月的时间。
• 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。
核裂变与核聚变(共17张PPT)
复习: 1、完成下列的核反应方程式：
U 235
92
10
n
138 56
Ba
95 36
Kr
(
310 n
)
2 1
H
12
H
10
n(
3 2
He
)
226 88
Ra
222 86
Rn (
4 2
He
)
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.
17.6 = 3.52MeV却是铀裂变（
23
201 235 1 = 0.852MeV）的约4倍。
1、轻核聚变的条件：
核子要距 离十分近
加热 高温
几百万度 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。
4、质能方程： ΔE＝Δmc2
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。
1938年，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼发现用
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”
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 1
H
U 235
92
10
n
138 56
Ba
95 36
Kr
(
310 n
)
2 1
H
12
H
10
n(
3 2
He
)
226 88
Ra
222 86
Rn (
4 2
He
)
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.
17.6 = 3.52MeV却是铀裂变（
23
201 235 1 = 0.852MeV）的约4倍。
1、轻核聚变的条件：
核子要距 离十分近
加热 高温
几百万度 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。
4、质能方程： ΔE＝Δmc2
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。
1938年，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼发现用
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”
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 1
H
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。
核裂变与核聚变(课件)高中物理(人教版2019选择性必修第三册)
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完
成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，
使它们“挤”在一起发生反应。
惯性约束示意图
判一判
(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。
( × )
(2)中子从铀块中通过时，一定发生链式反应。
( × )
(3)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
1个U235发生裂变亏损质量：
Δm = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn)= 0.3578×10－27kg
1个U235发生裂变释放的能量：ΔE= ∆ = ∆ × . =200.55MeV
1kg铀中含有的铀核数为：
N
1000
1000
NA
6.02 10 23 2.562 10 24
核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器深埋地下。
核电站
原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，
这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务。
小试牛刀
【例题】(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是(
A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能
B.镉棒的作用是控制反应堆的功率
C.石墨的作用是吸收中子
这种反应叫核裂变的链式反应。
铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。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，中子在铀块中通过时，就有可能不到铀核而
跑到铀核外面去，链式反应不能继续。只有当铀核足
够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个核，
使链式反应进行下去。
（2）临界体积和临界质量：使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做
成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，
使它们“挤”在一起发生反应。
惯性约束示意图
判一判
(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。
( × )
(2)中子从铀块中通过时，一定发生链式反应。
( × )
(3)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
1个U235发生裂变亏损质量：
Δm = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn)= 0.3578×10－27kg
1个U235发生裂变释放的能量：ΔE= ∆ = ∆ × . =200.55MeV
1kg铀中含有的铀核数为：
N
1000
1000
NA
6.02 10 23 2.562 10 24
核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器深埋地下。
核电站
原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，
这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务。
小试牛刀
【例题】(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是(
A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能
B.镉棒的作用是控制反应堆的功率
C.石墨的作用是吸收中子
这种反应叫核裂变的链式反应。
铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。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，中子在铀块中通过时，就有可能不到铀核而
跑到铀核外面去，链式反应不能继续。只有当铀核足
够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个核，
使链式反应进行下去。
（2）临界体积和临界质量：使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做
高中物理选择性必修三《核裂变与核聚变》教学课件
当堂检测
铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的
是( C )
A.铀块的质量是重要因素，与体积无关 B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时 产生的快中子 C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发 生 D.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
答案 C 解析 要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体 积或临界质量，故选项A、D错误，C正确；铀235俘获慢 中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小， 故选项B错误。
原子弹
图5.4-3是“内爆式”原子弹结构图。 核燃料一般被分成若干块放置，每块的体积 都小于临界体积。它的外部安放化学炸药， 引爆时利用化学炸药爆炸的冲击波将核燃料 压缩至高密度的超临界状态，聚心冲击波同 时压缩放在核燃料球心的中子源，使它释放 中子，引起核燃料的链式反应。其中，中子 源的四周用铀238做成中子反射层，使逸出 燃料区的部分中子返回，从而，降低中子逃 逸率以减小临界质量，节省核燃料。
现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是： 29352U＋10n→16430Nd＋Zr ＋310n＋8－01e＋ν
(1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr )的
电荷数与质量数； (2)已知铀(U)核的质量为 235.043 9 u ，中子质量为 1.008 7 u ，钕(Nd)核质量为 142.909 8 u，锆核质量为 89.904 7 u；又知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，试计算 1 kg 铀 235 大约能产生的能量是多少？
第二节 反应堆与核电站
核反应堆
水泥防护层
反应堆与核电站
控制棒——镉棒 燃料棒—铀棒 慢化剂
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