核反应、核能与裂变、聚变讲义

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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
裂变
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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 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 92
U+1 0n →
141 56
Ba +
92 36
1 Kr + 30 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：
+ 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： 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．
原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
核聚变的利用——氢弹
弹体 普通炸药 铀235 外壳 氘、氚、重 氢化钾等 引爆装置 小 型 原 子 弹
三种炸药：
普通炸药 爆炸 裂变 聚变
Ｕ235
氘、氚
2 1
4 1 H3 H He 1 2 0n
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 相同的核燃料释放的能量多 裂变反应
质量亏损
中子 （mn）
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质子 （mp）
氘核 （m）
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：
E mc2
核子在结合成 原子核时出现质量 亏损，要放出能量， 2 大小为： E mc
质 能 方 程
爱因斯坦
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．
Δm 0.3578 10 27 kg
释放出的能量为
ΔE Δmc 2 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．
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．
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
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
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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
17 1 → + O He N + 4 8 2 1H
粒子
质子
粒子轰击铍核→中子
9 4
Be +
4 2