高中物理 3.53.6 核裂变 核聚变课件 教科版选修35

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8.45×1013
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三、核聚变发生的条件及特点
要点提炼
1.从比结合能的图线看,轻核聚变后比结合能增加,因此 聚变反应是一个 放能 反应. 2.聚变发生的条件:要使轻核聚变,必须使轻核接近核力 发生作用的距离 10-15 m,这要克服电荷间强大的斥力作用, 要求使轻核具有足够大的动能.要使原子核具有足够大的动 能,就要给它们 加热 ,使物质达到几百万开尔文的高温.
样的,其中两种典型的反应是23952U+ 10n

144 56
Ba+8396Kr
+ 301n ;23952U+ 10n
→13564
Xe+
90ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ38
Sr+
1010n
.
2.链式反应 由重核裂变产生的 中子 使裂变反应一代接一代继续下去 的过程,叫做核裂变的链式反应. 3.链式反应的条件 (1)铀块的体积 大于 临界体积或铀块的质量 大于 临界质量. (2)有足够数量的慢中子.
图1
答案 中等质量的原子核的核子的平均质量较小,重 核和轻核的核子的平均质量较大. 从题图中可以看出,铁原子核中核子的平均质量最小. 如果原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核 B和C,会有质量亏损,放出巨大的核能.获得核能的主 要途径:一是重核裂变,二是轻核聚变.
要点提炼
铀核裂变释放核能的计算 1.首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm. 2.根据 ΔE=Δmc2 计算释放的核能 计算时注意Δm与ΔE单位的对应关系,若Δm用kg做单 位,ΔE用J做单位;Δm用u做单位,ΔE用MeV做单位, 1 u相当于931.5 MeV的能量.
例3 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个 氦核同时放出两个正电子的热核反应,这个核反应释 放出的大量能量就是太阳的能源. (1)写出这个核反应方程. 解析 核反应方程 411H→24He+02X ,而X只能是2个正电 子.因此核反应方程应为 411H→24He+210e . 答案 411H→24He+210e
(2)这一核反应能释放多少能量?
解析 反应前的质量m1=4mp=4×1.007 3 u=4.029 2 u, 反应后m2=mHe+2me=4.001 5 u+2×0.000 55 u= 4.002 6 u,Δm=m1-m2=0.026 6 u,由质能方程得, 释放能量ΔE=Δmc2=0.026 6×931.5 MeV=24.78 MeV.
3.若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能,应先 算出铀块中有多少个铀核(设为n),则铀块裂变释放的 核能E= nΔE .
例2 2011年3月11日,日本发生了9.1级大地震,并引发 海啸,在此次灾害中,日本福岛核电站发生了核泄露, 对附近的环境造成了很大的危害.核泄露产生的射线具有 非常大的危害性,能够使动植物体内的细胞发生癌变, 致使生物死亡.根据以上材料回答以下问题:核电站的发 电原理是通过核裂变产生巨大的能量,完成下面铀核裂 变可能的一个反应方程 23952U+10n→14516Ba+9326Kr +________,
(1)铀核裂变是如何发生的? 答案 (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 成不规则的形状.
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,裂变反应一代接一代继续下去,形成链式反应.
第三章 原子核
3.5-3.6 核裂变 核聚变
学习目标定位
1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件. 2.了解核反应堆的工作原理及常见核反应堆类型. 3.知道热核反应,了解受控核聚变反应研究的发展.
学习探究区
一、重核裂变 二、裂变过程中核能的分析与计算 三、核聚变发生的条件及特点
一、重核裂变
问题设计
并计算1 kg铀核裂变放出的能量是______ J.(结果保留 两位有效数字, 23952U、14516Ba、9326Kr和中子的质量分别为 235.049 3 u,140.913 9 u,91.897 3 u,1.008 7 u,1 u= 1.66×10-27 kg)
解 析 一 个 铀 原 子 核 裂 变 放 出 的 核 能 为 ΔE= Δmc2=
(2)重核裂变在自然界中能自发进行吗? 答案 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中, 自然界不会自发地发生.铀核裂变不会自发地进行,要 使铀核裂变,首先要利用中子轰击铀核,使铀核分裂, 分裂产生更多的中子,这样形成了链式反应.
要点提炼
1.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
例1 关于铀核裂变,下列说法正确的是( ) A.铀核裂变的产物是多种多样的,但只能裂变成两种不
同的核 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,最好用纯铀235 D.铀块的体积对产生链式反应无影响
解析 铀核受到中子的冲击,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
(235.049 3 u-140.913 9 u-91.897 3 u-2×1.008 7 u)
×1.66×10-27 kg×(3×108 m/s)2=3.3×10-11 J,
E=
1 000 235
NA·ΔE=1203050×6.02×1023×3.3×10-11
J
=8.45×1013 J.
答案
3
1 0
的情况比较多,也有的分裂成多块,并放出几个中子,
铀235受中子的轰击时,裂变的概率大,而铀238只有
俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变,且裂变的
几率小,而要引起链式反应,需使铀块体积超过临界
体积,故B、C正确.
答案 BC
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二、裂变过程中核能的分析与计算
问题设计
重核裂变为什么能释放核能?人们获得核能的途径有 哪些?通过图1说明.
3.核裂变与核聚变的区别
反应方式 比较项目
核裂变
核聚变
放能原理
重核分裂成两个或 两个轻核结合成② 质 多个① 中等质量 的 量较大 的原子核,
原子核,放出核能 放出核能
放能多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放 出的能量大约要③ 大 3~4倍
聚变反应的核废料处理要比裂变反应 核废料处理难度 ④简单 得多
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