核反应核能与裂变聚变

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．
质子 （mp）
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
爱因斯坦
裂变
吸收能量
核 反 应
“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% ．
2 1
H
12
H
13
H
11
H
2 1
H
13
H
4 2
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
H42
He
01n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
反应中放射物质的处理较易
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；
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．
惯性约束
核聚变普遍存在于宇宙中
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：
U 235
92
+
1 0
n
→
15461Ba
+
92 36
Kr
+
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
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．
核聚变的利用——氢弹
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
Baidu Nhomakorabea01n
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
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
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：
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
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．
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
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
核反应放
质子
2.2MeV（ ）
出的能量 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：
中子 （mn）
氘核
〓 （m）
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
聚变
裂变
D E
F
A
CB
O
Fe
Z