裂变和聚变-课件

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
Байду номын сангаас
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，
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
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)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；
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 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？
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
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
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，
靠
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．
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.
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
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？
(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．
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
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，
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．
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
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 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．
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．