重核裂变和链式反应培训课件
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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。
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。
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.
2024版重核的裂变高中物理选修教学课件PPT人教版
鼓励高中生关注重核裂变领域的科技前沿动态， 了解最新的研究成果和技术进展，培养对科学的 兴趣和热情。
培养跨学科思维和创新能力
重核裂变研究涉及多个学科领域的知识和技术， 高中生应注重培养跨学科思维和创新能力，尝试 从不同角度思考和解决问题。
树立正确的科学伦理观念
在学习重核裂变过程中，高中生应树立正确的科 学伦理观念，认识到科学研究的责任和义务，遵 守学术规范和道德准则。
国际合作与竞争的加剧
重核裂变研究具有全球性和战略性意义，未来国际间的合 作和竞争可能会更加激烈。各国需要加强交流和合作，共 同推动重核裂变研究的发展。
对高中生的学习建议与期望
打好基础，掌握基本概念和原理
高中生在学习重核裂变时，应首先打好基础，掌 握基本概念和原理，如原子核结构、放射性衰变 等。
关注科技前沿动态
生了裂变反应。
实验数据分析与结论
数据分析
通过对探测器记录的数据进行分析，可以得到裂变碎片的质量分布、能量分布以及 射线的类型和强度等信息。这些数据反映了重核裂变的特征和规律。
结论
根据实验数据分析结果，可以得出以下结论：重核在吸收中子后会发生裂变反应， 产生中等质量的碎片和射线；裂变反应释放大量能量，是核能利用的重要途径之一； 重核裂变的特征和规律可以通过实验手段进行研究和掌握。
工业应用
重核裂变产生的中子可用于材料改 性、无损检测等领域。此外，核裂 变技术还可应用于海洋资源开发、 太空探索等领域。
05
重核裂变的环保与伦理问题
放射性污染及其危害
放射性污染来源
重核裂变产生的放射性物质，如铀、钚等的裂变产物。
对环境的影响
放射性物质对大气、水体和土壤造成污染，通过食物 链影响生物和人类健康。
培养跨学科思维和创新能力
重核裂变研究涉及多个学科领域的知识和技术， 高中生应注重培养跨学科思维和创新能力，尝试 从不同角度思考和解决问题。
树立正确的科学伦理观念
在学习重核裂变过程中，高中生应树立正确的科 学伦理观念，认识到科学研究的责任和义务，遵 守学术规范和道德准则。
国际合作与竞争的加剧
重核裂变研究具有全球性和战略性意义，未来国际间的合 作和竞争可能会更加激烈。各国需要加强交流和合作，共 同推动重核裂变研究的发展。
对高中生的学习建议与期望
打好基础，掌握基本概念和原理
高中生在学习重核裂变时，应首先打好基础，掌 握基本概念和原理，如原子核结构、放射性衰变 等。
关注科技前沿动态
生了裂变反应。
实验数据分析与结论
数据分析
通过对探测器记录的数据进行分析，可以得到裂变碎片的质量分布、能量分布以及 射线的类型和强度等信息。这些数据反映了重核裂变的特征和规律。
结论
根据实验数据分析结果，可以得出以下结论：重核在吸收中子后会发生裂变反应， 产生中等质量的碎片和射线；裂变反应释放大量能量，是核能利用的重要途径之一； 重核裂变的特征和规律可以通过实验手段进行研究和掌握。
工业应用
重核裂变产生的中子可用于材料改 性、无损检测等领域。此外，核裂 变技术还可应用于海洋资源开发、 太空探索等领域。
05
重核裂变的环保与伦理问题
放射性污染及其危害
放射性污染来源
重核裂变产生的放射性物质，如铀、钚等的裂变产物。
对环境的影响
放射性物质对大气、水体和土壤造成污染，通过食物 链影响生物和人类健康。
【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．
物理资料19-20 第19章 6 核裂变PPT课件
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12
[解析] 核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能 转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A 错误，D 正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其 临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会 发生链式反应，B 错误；重核裂变时，核子数守恒，C 正确．
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30
[解析] 一昼夜消耗的铀所能产生的核能为： ΔE＝200×222305×6.02×1023×106×1.6×10－19 J＝1.8×1013 J 电功率 P＝ηΔtE＝1.802×4×103136×0025% W＝5.2×107 W. [答案] 5.2×107 W
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31
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，以控制反应速度 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
反应堆示意图
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26
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫 控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅 一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒 插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．
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27
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、 液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用 于推动蒸汽机，使发电机发电．
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．
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28
3．核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少． (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大． (3)对环境的污染要比火力发电小．
12
[解析] 核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能 转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A 错误，D 正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其 临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会 发生链式反应，B 错误；重核裂变时，核子数守恒，C 正确．
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30
[解析] 一昼夜消耗的铀所能产生的核能为： ΔE＝200×222305×6.02×1023×106×1.6×10－19 J＝1.8×1013 J 电功率 P＝ηΔtE＝1.802×4×103136×0025% W＝5.2×107 W. [答案] 5.2×107 W
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31
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，以控制反应速度 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
反应堆示意图
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26
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫 控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅 一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒 插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．
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27
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、 液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用 于推动蒸汽机，使发电机发电．
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．
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3．核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少． (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大． (3)对环境的污染要比火力发电小．
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。
重核裂变和链式反应,反应堆和核电站
问题：这么大的能量，是否安全？
为了核电站的安全，设置了4道屏障：
1、陶瓷芯块—Βιβλιοθήκη 将绝大部分裂变产物留在芯 块内 2、锆合金燃料包壳——把芯块密封在包壳内 3、压力壳
4、安全壳——防辐射泄漏
四道屏障同时失效的可能性是极小的。
The End
1 0
92 36 1 Kr 141 Ba 3 56 0 n +201Mev
U n
但，现在还不尽完美
铀核裂变示意图
发现问题：
若要持续、大量的获得核能
解决问题：重的原子核俘获一个中子以后发生裂变放出中子，如 果这些中子又引起其他的核裂变，使得裂变不断地进行下去，释 放出越来越多的能量。这种反应叫链式反应。
重核裂变&链式反应
重核裂变 链式反应
发现问题：
天然放射现象发现后，人们知道原子核的衰 变过程中伴有核能的释放。原子核的核能如 何被人类利用呢？
解决问题：
①核力即核子间有核力作用。核力是一种强 相互作用 ②原子核的结构发生变化时，释放能量。叫 做核能。
解 决 问 题：
235 92
1939年德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼，用 中子轰击铀核时发现的重核的裂变叫重核裂变，就 是一个重核分裂成了两个中等质量的核，同时释放大 量的能量。
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。 如果铀235的体积超过了它的临界体积，只要 有中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反 应，在极短时间内就会释放出大量的核能， 发生猛烈的爆炸。 原子弹就是根据这个原理制成的。 问题：发生链式反应有 条件吗 能用做什么？
做原子弹
原子弹： 铀核裂变时
一、反应堆： 用人工方法控制核裂变链式反应速度并获得核 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。
重核裂变课件(精品)
国际原子能机构
负责监督各国履行《不扩散核武器条 约》的情况，促进和平利用核能。
核供应国集团
通过出口管制等措施，防止敏感核材 料和技术的扩散。
全球核裁军进程
各国在联合国等国际组织框架下，推 动全球核裁军进程，减少核武器数量， 降低核战争风险。
06
重核裂变在其他领 域应用
医学诊断和治疗技术
1 2
放射性同位素示踪技术 利用重核裂变产生的放射性同位素，通过追踪其 在生物体内的分布和代谢过程，用于疾病的诊断 和治疗。
与理论模型的比较
将实验结果与理论模型进行比较，验证理论 模型的正确性和适用性。
04
重核裂变在能源领 域应用
核电站工作变释放的能量，通过核 反应堆中的链式反应产生热能，再 将热能转换为电能。
核电站类型
根据反应堆中冷却剂和慢化剂的不 同，核电站可分为轻水堆、重水堆、 石墨气冷堆等类型。
命、高能量密度等优点。
辐射加工
利用重核裂变产生的放射性射线对 物质进行辐照处理，改变其物理和 化学性质，用于材料改性、消毒杀 菌等领域。
核能发电
利用重核裂变产生的巨大能量，通 过核反应堆转换成热能，再转换成 电能供给人类使用。
科学研究和新材料探索
核物理实验 重核裂变是研究原子核结构和性质的重要手段之一，通过 对裂变产物的测量和分析，可以深入了解原子核的内部结 构和相互作用机制。
测器。
加速器
提供高能粒子束，用于轰击重核 并引发裂变反应。
靶材料
选用富含重核的靶材料，如铀、 钚等。
探测器
用于记录裂变碎片的能量、角度 和位置等信息，常用的有闪烁体
探测器、半导体探测器等。
数据获取与处理
数据采集
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府抢在德国之前抓紧研制原子弹。
2Hale Waihona Puke 5/2021重核裂变和链式反应
2
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。
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
• 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。
2/5/2021
重核裂变和链式反应
10
• 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
4. 1943年1月－1945年7月。奥本海默在新墨西 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
2/5/2021
重核裂变和链式反应
4
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
12
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
13572Te
＋
97 40
Zr
＋
2
1 0
n
U ＋ 235
2/59/22021
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
6. 核聚变
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重核裂变和链式反应
8
一、核能
原子核的结构发生变化时放出的能量， 叫做核能。
2/5/2021
重核裂变和链式反应
9
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。
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
2/5/2021
重核裂变和链式反应
3
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
2/5/2021
重核裂变和链式反应
1
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
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
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重核裂变和链式反应
6
核能开发的历史进程
1. 核军备竞赛：盟国之争
1 0
n
＋ ＋ 3 Kr Ba 145重26 核裂变和链式39反61 应
1 0
n
13
• 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。
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重核裂变和链式反应
14
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
17
1964 年 10 月 16 日 中 国爆炸了 第一颗原 子弹。
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。
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
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重核裂变和链式反应
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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
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。
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重核裂变和链式反应
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• 3、原子弹 p.45
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重核裂变和链式反应
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杨振宁
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重核裂变和链式反应
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重核裂变和链式反应
7
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
核的裂变，可以使裂变不断进行下去， 这就是链式反应。
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重核裂变和链式反应
11
• 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。
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重核裂变和链式反应
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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。
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
• 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。
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重核裂变和链式反应
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• 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
4. 1943年1月－1945年7月。奥本海默在新墨西 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
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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
12
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
13572Te
＋
97 40
Zr
＋
2
1 0
n
U ＋ 235
2/59/22021
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
6. 核聚变
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一、核能
原子核的结构发生变化时放出的能量， 叫做核能。
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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。
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
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重核裂变和链式反应
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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
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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
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
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核能开发的历史进程
1. 核军备竞赛：盟国之争
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＋ ＋ 3 Kr Ba 145重26 核裂变和链式39反61 应
1 0
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• 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。
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重核裂变和链式反应
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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
17
1964 年 10 月 16 日 中 国爆炸了 第一颗原 子弹。
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。
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
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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
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。
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重核裂变和链式反应
15
• 3、原子弹 p.45
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重核裂变和链式反应
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杨振宁
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重核裂变和链式反应
2/5/2021
重核裂变和链式反应
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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
核的裂变，可以使裂变不断进行下去， 这就是链式反应。
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重核裂变和链式反应
11
• 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。
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重核裂变和链式反应