人教版高中物理选修3-5课件核反应、核能与裂变、聚变

中子 （mn）
质子 （mp）
氘核
〓 （m）
精确的计算 表明氘核的 质量比中子 和质子的质 量之和要小 一些．
质量亏损
质能方程
物体的能量和质量之间存在着某种联系：
物体的能量和质量
之间存在密切的联
系，他们的关系是：
质
E mc2
能 方
程
核子在结合成原子
核时出现质量亏损，
要放出能量，大小
为：
E mc2
惯性约束
核聚变普遍存在于宇宙中
质子
粒子轰击铍核→中子
9 4
Be
+
4 2
He
→
12 6
C
+
1 0
n
粒子
中子
和衰变过程一样，核反应中，质量数和电荷数都守恒．
质能方程
化学反应中，往往要吸热或放热，类似的核反应 中也伴随着能量的变化．
中子
氘核
质子
核反应放 出的能量 2.2MeV（ ） 叫做核能
质能方程
物理学家研究质子、中子和氘核之间的关系发现：
点 击 观 看 动 画
铀核的裂变 铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂 变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：
+ → + + 235 U
92
1 0
n
1Hale Waihona Puke Baidu1 56
Ba
9 3
2 6
K
r
310 n
裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的 总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：
Δm 0.35781027 kg
因此只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘核 便可以得到大约21.6MeV的能量：
2 1
H
12
H
13
H 11
H
2 1
H
13
H
42
He 10
n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H

3 1
H
4 2
He

01n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
爱因斯坦
裂变
吸收能量
核 反 应
核子结合成原子核
放出能量 有些重核分裂成中等质量的核
有些轻核结合成中等质量的核
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的增大 而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核子的 平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
裂变与聚变 核子平均质量
氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc2 0.01884931.5MeV E 17.59MeV
轻核的聚变
如何能使轻核具有较大的动能呢
1、必须让轻核的距离非常接近
需要克服极大的库仑斥力
释放出的能量为
ΔE Δmc2 201MeV
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优质煤完全 燃烧时释放的能量．
原子弹
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨， 试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压， 致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上 形成一个巨大的弹坑．
在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的 玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物 全部死亡．
“原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到十分 震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩， 有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争 辉．我是死神，我是世界的毁灭者．”
原子弹
美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁 伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云 团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英 里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧 生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的 53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人， 占全市37% ．
聚变
裂变
D E
F
A
CB
O
Fe
Z
核子的平均质量与原子序数之间的关系
裂变与聚变
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的 反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大的核，释放 出核能的反映叫做聚变．
〓
裂变
〓
聚变
在消耗相同质量的核燃料时，聚变比裂变能释 放更多的能量．
铀核的裂变 1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯 曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的 中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应．
反应中的核燃料资源较丰富 核反应发生条件较易实现
核聚变的利用——可控热核反应
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料；
磁场约束
核聚变的利用——可控热核反应
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： １、热核反应的的点火温度很高； ２、如何约束聚变所需的燃料； ３、反应装置中的气体密度 要很低 ，相当于常温常压下 气体密度的几万分之一；
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吉林省乾安县第四中学 金迎时
核反应
在核物理学中，原 子核在其他粒子的 轰击下产生新原子 核的过程，称为核 反应．
原 子 核
电子
核反应
中子和质子最初就是通过原子核的人工转变这一 核反应发现的：
粒子轰击氮核→质子
14 7
N
+
4 2
He
→
17 8
O
+
1 1
H
粒子
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
轻核的聚变
例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同时 放出一个中子）时，释放17.6MeV的能量，平均每个 核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每 个核子释放的能量大3～4倍．这时的核反应方程式 是：
2 1
H
13H

24He

01n

17
.6
MeV
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
普通炸药
爆炸
铀235 外壳
原
子 Ｕ235 裂变
弹
氘、氚、重 氢化钾等
引爆装置
氘、氚 聚变
2 1
H

31H
4 2
He

01n
氢弹爆炸形成的磨姑云
核聚变的利用——可控热核反应
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
热核反应
裂变反应
相同的核燃料释放的能量多
反应中放射物质的处理较易
2、必须让轻核具有很大的动能
1015 m
Ek1
Ek 2
轻核的聚变
如何能使核聚变反应发生呢
可以将轻核加热到很高的温度
当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧 烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够 的动能，可以克服相互之间的库仑斥力，在 碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核 反应．
核聚变的利用——氢弹