裂变和聚变-课件

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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.
【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
(2)23592U 裂变的产物及核反应方程: 23592U 裂变为锶9358Sr 和氙13954Xe,核反应方程: 10n+23592U→9358Sr+13954Xe+210n. 23592U 裂变为钡14156Ba 和氪9326Kr,核反应方程: 10n+23592U→14156Ba+9326Kr+310n. (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.
mXe=135.907 2 u, 质量亏损为
Δm=(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.
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
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
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
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.
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?
(2)1 kg 铀中含有的铀核数为 N=1203050NA=1203050×6.02×1023=2.562×1024(个). 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 m=Eq=4.60×10226×.931×06×1017 .6×10-19 kg =2.51×106 kg=2 510 t.
答案 D
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
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:重核
分裂为两个或两个以上
的较轻质量的核的反应.
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,自发让核裂变的过程能
D.“人造太阳”核能大小的计算公式是 E=12mc2
解析 “人造太阳”发生的是氢核聚变,所以核反应方程式 为12H+31H→24He+10n,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.
答案 D
核聚变的理解及其核反应方程
【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.
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.
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
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
( ).
A.“人造太阳”的核反应方程是12H+31H→24He+01n
B.“人造太阳”的核反应方程是29325U+10n→15461Ba+9326Kr+310n
C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc2
解析 (1)聚变方程11H+210n―→31H. (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. (3)平均每个核子放出的能量为6.324 MeV=2.08 MeV.
核进能行下去,源源不断地将 释放出来.
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俘获各种能量的中较大子都会发生裂变, 而 且 俘 获 能 量 低 的大于中 子 发 生 裂 变 的 几 率 . 很小
②铀238只有俘获能量
解析 要使铀核裂变产生链式反应,铀块的 体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临 界质量,只要组成铀块的体积小于临界体积, 或质量小于临界质量就不会发生链式反应, 裂变反应中产生的中子为快中子,这些快中 子不能直接引发新的裂变,如果铀块的质量 大,则其体积大,若超过临界体积则能够发 生链式反应,由此知A、B、D错误,C正确.
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 29325U+10n―→15349Xe+9348Sr+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, 所以,一个铀核裂变释放的核能为 ΔE=0.192 6×931.5 MeV=179.4 MeV.
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
变释放比更重多核裂变
的能量.热核
反应一旦发自生身,产就生的不热再需要外界给它能量,

就会使反应继续下
去.
受控热核反应:如果要使巨大的热核反应能
量不是以爆炸的形式释放,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.
1 MeV的中子
才可能发生裂变,并且几率 铀235 ,俘获能
量低于1 MeV的中子时,不发生裂变,而变
为铀239.
③为使链式反应容易发生,最好选用
一种典型的裂变反应方程 29325U+10n→8396Kr+15464Ba+310n
临界体积:能够发生链式反应的铀块的 最小 体积.
较大的
二、受控热核反应 热核反应 核聚变:轻核结合成质量 增加 核,轻核 聚变释必放 须在高温下进行,因此又叫 . 核能反量应变举例化::21H轻+核31H→聚42变He后+,10n+平1均7.6结Me合V. 能 核反,应条反件应:中必须会使它们的距离能达到量.10-15 m 以内,
(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.
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 见解析
对核裂变的理解
1.铀核裂变时,关于产生链式反应的重要因 素,下列说法中正确的是 ( ). A.铀块的质量是重要因素,与体积无关 B.为了使裂变的链式反应容易发生,最好 直接利用裂变 时产生的中子
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.能否发生链式反应与铀块的质量无关
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.
二、轻核的聚变 聚变反应方程
21H+31H→24He+01n 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.
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ΔE =Δmc2.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?
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
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 的,如29325U 裂变为9308Sr 和15346Xe 的核反应,其核反应方程为29325 U+10n―→9308Sr+15346Xe+1010n,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,
(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)热核反应的两源自文库方式 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;
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