裂变和聚变ppt课件

借题发挥 重核发生裂变的条件是：(1)要俘获慢中子；(2)铀块的体 积要大于临界体积． 重核裂变放能的原因是：重核核子的平均质量大于中等核核子的平均 质量．
【变式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．由于重核的核子质量大于中等质量核的核子平均质 量 ， 所 以 重核裂变为中等质量的核时，要发生质量 亏损，放出核能
【变式2】 (双选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一 套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程 调试．下列关于“人造太阳”的说法中正确的是 ( )．
2 4 1 A． “人造太阳”的核反应方程是1 H ＋3 1H→2He＋0n 1 141 92 1 B． “人造太阳”的核反应方程是235 U ＋ n → Ba ＋ Kr ＋ 3 92 0 56 36 0n
(2)在高温下，原子已完全电离，形成物质第四态——等离子态，等 离子体的密度及维持时间达到一定值时，才能实现聚变． 热核反应 (1)热核反应的两种方式 ①爆炸式热核反应； ②受控式热核反应，目前正处于探索、实验阶段．
(2)热核反应的优点(与裂变相比) ①产生的能量大； ②反应后生成的放射性物质易处理； ③热核反应的燃料在地球上储量丰富． (3)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．为解决这个难题，目前 有三种方法对等离子体进行约束，即引力约束、磁约束和惯性约束.
＝2.51×106 kg＝2 510 t.
答案 见解析
借题发挥 裂变过程中质量数守恒，电荷数守恒．由爱因斯坦质能方 程得释放的核能Δ E＝Δ mc2.铀的物质的量为235 g/mol，1 mol铀含 6.02×1023个铀核，1 kg铀完全裂变可释放的能量，等于各个铀核所 释放能量的总和．
【变式3】 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH ＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u．求： (1)写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？
重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，即将重核分成核子时比 中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂 变成两个中等质量的核要放出能量，选项D正确．铀核裂变放出的能 量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A错误．裂变过程 遵守质量数、电荷数守恒规律，B错误．衰变是自发的现象，铀核衰 变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C错误． 答案 D
很小
铀235
一种典型的裂变反应方程
1 235 1 89 144 3 n 92U＋0n→36Kr＋ 56Ba＋ 0
临界体积：能够发生链式反应的铀块的 最小 体积．
较大的 热核反应 二、受控热核反应 核聚变：轻核结合成质量 核，轻核聚变必须在高温下进行， 增加 因此又叫 ． 能量变化： 轻核聚变后，平均结合能 ，反应中会 释放 能量．
自发
核能
铀235与铀238比较 (1)天然铀储量：铀238占99.3%.铀235占0.7%. (2)与中子的作用特点 ①铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中 子发生裂变的几率 ． ②铀238只有俘获能量 1 MeV 的中子才可能发生裂变， 并且几率 ，俘获能量低于 1 MeV 的中子时，不发生裂 较大 变，而变为铀239. ③为使链式反应容易发生，最好选用 ． 大于
(2)1 kg 铀中含有的铀核数为 1 000 1 000 N＝ NA＝ ×6.02×1023＝2.562×1024(个)． 235 235 1 kg 铀完全裂变共释放的能量为 E＝N· ΔE＝2.562×1024×179.4 MeV＝4.60×1026 MeV. 相当于完全燃烧的煤的质量为
－19 26 6 E 4.60×10 ×10 ×1.6×10 m＝ q ＝ kg 2.93×107
解析
1 3 (1)聚变方程1 H＋21 0n―→1H.
(2)质量亏损 Δm ＝mH＋ 2mn－mT＝(1.007 3 ＋ 2×1.008 7－ 3.018 0)u＝ 0.006 7 u， 释放的核能 ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV. 6.24 (3)平均每个核子放出的能量为 MeV＝2.08 MeV. 3
C． “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是Δ E＝Δ mc2 1 2 D． “人造太阳”核能大小的计算公式是 E＝ mc 2
解析 “人造太阳”发生的是氢核聚变， 所以核反应方程式
2 4 1 为1 H＋ 3 H → He ＋ 1 2 0n，而 B 选项中的核反应是核裂变，故 A
正确、B 错误； “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为 E＝mc2，故选项 A、 C 正确．
一、重核的裂变 裂变：用中子轰击某些重核(如铀核)时，发现重核分裂成质量相近 的两部分，并释放出能量，这种核反应过程叫做核裂变． 核能：核裂变释放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能．
重核裂变模型——铀核裂变 (1)铀核裂变：中子碰撞23592U 后，将复合成23692U，且处 在高激发状态，相当于一个高温的液滴 .23692U 要发生形 变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核 子间的距离增大，核力迅速减小，不能抵消质子间的库仑 斥力而使核恢复原状，23692U 就分裂成两部分，同时放出 中子．
【典例2】 以下说法正确的是 ( )． A．聚变是裂变的逆反应 B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量 C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温， 显 然 是 吸 收能量 D．裂变与聚变均可释放巨大的能量
解析 A选项从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不 然，因为二者的反应物和生成物完全不同．裂变是重核分裂成中等核， 而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应． B 选项既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相 反． C选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百 万开尔文的高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大 于所吸收的能量．因此，总的来说，聚变反应还是释放能量． 答案 D
二、轻核的聚变 聚变反应方程
2 3 4 1 H ＋ H → He ＋ 1 1 2 0n
聚变发生的条件 (1)要使轻核聚变， 就必须使轻核接近核力发生作用的距离 10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近 10－15 m 就必须克服电荷间很大的斥力作用， 这就要求原子核具有 足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给核 加热，使其达到几百万摄氏度的高温．
对核裂变的理解
【典例1】 关于重核的裂变，下列说法正确的是 ( )． A．核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B．重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏 损，所以核 子数减少 C．铀核自发放出α 粒子、β粒子时要释放能量，核电 站利用的就 是这一能量 D．重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以 重 核 裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损
(2)23592U 裂变的产物及核反应方程：
235 139 92U 裂变为锶95 Sr 和氙 54Xe，核反应方程： 38
1 235 95 139 1 n ＋ 92U → Sr ＋ 54Xe ＋ 2 0 38 0n. 235
92U 裂变为钡14156Ba 和氪92 36Kr，核反应方程：
1 235 141 92 1 n ＋ 92U → 56Ba ＋ Kr ＋ 3 0 36 0n.
解析 核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能．原子核的衰变以 及人工核反应也要释放核能，但天然衰变进行得非常缓慢，放出的能 量也很小，且人工无法控制，实用价值不大，原子核的人工转变也放 出能量，但作为“炮弹”的粒子击中原子核的机会太少，这种做法得 不偿失．所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径．比结合能是 核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成单个 核子时每个核子平均吸收的能量．
4 3 1 2He ＋0n＋17.6 MeV. 核反应举例：2 H ＋ H → 1 1
－15 核反应条件：必须使它们的距离达到 10 m 以内， 使核具有足够的 动能 ，轻核才能够发生聚变．
特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变 的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠 就会使反应继续下去． 释放更多 受控热核反应：如果要使巨大的热核Fra Baidu bibliotek应能量不是以爆炸的形式释放， 自身产生的热 而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用 (例如发电)，这称为受 控热核反应． 实现受控热核反应的条件 (1)要把热核燃料加热到非常高的温度 (2)要使聚变反应维持下去并能加以控制以提供可用的能量 (3)使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量， 这个条件称为“点火”条件.
解析
根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可
知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其 他形式能的过程， 其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的 能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界 体积．如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核， 则链式反应就不会发生．在裂变反应中核子数是不会减少
答案
AC
计算核反应中释放的核能
【典例3】 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． (1)写出核反应方程并计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. (2)计算1 kg铀完全裂变可释放出的能量，其相当于多少热值为 2.93×107 J/kg的煤完全燃烧时放出的热量？
质量亏损为 Δ m＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.150 97 u.
可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减 少的，因此选项A、B、C均错．重核裂变为中等质量的原子核时，由 于平均质量减小，会发生质量亏损，从而释放出核能．综上所述，选 项D正确． 答案 D
核聚变的理解及其核反应方程
90 136 235 的，如235 U 裂变为 Sr 和 Xe 的核反应，其核反应方程为 92 38 54 92 90 136 1 U＋1 0n―→38Sr＋ 54Xe＋100n，其中各粒子质量分别为
mU＝235.043 9 u，mn＝1.008 67 u，mSr＝89.907 7 u，
mXe＝135.907 2 u，
第五节 裂变和聚变
1．知道什么是核裂变． 2．知道链式反应，并能计算核裂变释放的核能． 3．掌握核聚变的定义及发生条件． 4．能计算核聚变释放的能量.
一、核裂变与链式反应 核裂变： 分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反 重核 应． 链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变， 让核裂变的过程能 进行下去，源源不断地将 释 放出来．
解析
计算重核裂变释放的核能，首先写出正确的裂变方程
式，计算出裂变前后的质量亏损Δm，然后将Δm 代入爱因斯 坦质能方程ΔE＝Δmc2，计算出裂变释放的核能． (1)核反应方程为
235 1 139 94 1 92U＋0n―→ 54Xe＋38Sr＋30n.
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， 所以，一个铀核裂变释放的核能为 ΔE＝0.192 6×931.5 MeV＝179.4 MeV.
(3)23592U 裂变释放的能量是巨大的， 裂变反应中每个核子释 放的能量约 1 MeV. (4)在不同的裂变反应中，23592U 释放的能量也不同．
链式反应 裂变的链式反应需要一定的条件才能维持下去： (1)要有足够浓度的铀235； (2)要有足够数量的慢中子； (3)铀块的体积要大于临界体积．