資源簡介

(共19張PPT)
5.4 核裂變與核聚變
問題導入
較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉化和使用的呢
一、核裂變
1.核裂變：重核分裂成質量較小的核，釋放核能的反應的過程
物理學家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時發現元素鋇.
核裂變的產物不唯一
1947年我國著名物理學家錢三強、何澤慧夫婦在巴黎首先觀察到中子轟擊鈾核的三分裂和四分裂現象。
一個鈾235核裂變時釋放的能量如果200MeV估算，1kg鈾235全部裂變時放出的能量就相當于2800t標準煤完全燃燒時釋放的化學能!
=
核裂變過程中釋放巨大的能量
一、核裂變
2800噸
2.鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程
一、核裂變
①保證鈾235的純度
②鈾塊的大小
通常把裂變物質能夠發生鏈式反應的最小體積稱為臨界體積，把相應的質量稱為臨界質量。
一、核裂變
3.鏈式反應的條件
拓展學習
原子彈
為了打破核壟所，最終消滅核武器，1964年10月16日我國第一顆原子彈爆炸成功。同時，我國政府鄭重承諾:中國在任何時候、任何情況下，都不首先使用核武器，不對無核國家或地區使用或威脅使用核武器。我國研制成功原子彈，極大地增強了我國的國防力量。
二、反應堆與核電站
1.核反應堆：通過可控制的鏈式反應來釋放核能的裝置。
鈾棒
鎘棒
水泥防護層
⑴燃料：鈾棒成分是天然鈾或濃縮鈾（鈾235的含量占2% 4%）
⑵慢化劑：為了使裂變產生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有石墨、重水或普通水。
⑶控制棒：在鈾棒之間插入一些鎘棒，利用鎘棒吸收中子的能力很強來控制反應速度。鎘棒插入的越深，吸收的中子就越多，鏈式反應的速度就越慢。
⑷水泥防護層：屏蔽射線防止放射性污染。
中子的速度不能太快，否則會與鈾235“擦肩而過”，鈾核不能“捉”住它，不能發生核裂變。實驗證明，速度與熱運動速度相當的中子最適于引發核裂變。這樣的中子就是“熱中子”，或稱慢中子。
第一回路中的水被泵壓入反應堆，通過堆芯時核心反應放出的熱使水的內能增加，水溫升高。第一回路的水進入交換器，把熱量傳給第二回路的水，然后又被泵壓回反應堆。
在熱交換器內，第二回路中的水被回熱生成高溫高壓蒸汽，驅動汽輪機運轉。
一座百萬千瓦級的核電站，一年只消耗濃縮鈾30噸左右，而同樣功率的火電站每年要消耗煤250萬噸。核電站對環境的污染比火電站小。
2.核電站的工作流程
二、反應堆與核電站
三、核聚變
1.核聚變：兩個輕核結合成質量較大的核，釋放核能的反應的過程
2.核聚變的條件
10-15m
核力
庫倫斥力
動能大
要使輕核發生核聚變，必須使它們的距離達到10-15 m以內，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力。也就是說，原子核要有很大的動能才會“撞”到一起。什么辦法能使大量原子核獲得足夠的動能而發生核聚變呢？
當物質的溫度達到幾百萬開爾文時，劇烈的熱運動使得一部分原子核具有足夠的動能，可以克服庫侖斥力，碰撞時十分接近，發生核聚變。因此，核聚變又叫熱核反應。熱核反應一旦發生，就不再需要外界給它能量，靠自身產生的熱就會使反應繼續下去。
三、核聚變
3.核聚變普遍存在于宇宙中
太陽
恒星
科學家估計，太陽的這種“核燃燒”還能維持90億~100億年。當然，與人類歷史相比，這個時間很長很長！
熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽和很多恒星的內部溫度高達107K以上，因而在那里進行著激烈的熱核反應，不斷向外界釋放著巨大的能量。
太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有７億噸原子核參與碰撞，轉化為能量的物質是400萬噸。
三、核聚變
4.核聚變的利用——氫彈
1967年6月17日，我國首枚氫彈爆炸成功
三、核聚變
三、核聚變
核裂變：一個重核
兩個質量中等的原子核
兩個輕核
一個質量較大的核
核聚變：
①輕核聚變產能效率高
②燃料氘和氚儲量豐富
③無廢料，更安全、清潔
優點：
難點：
地球上沒有容器可以承受如此高的溫度
3.可控核聚變的方案
①磁約束
②慣性約束
激光或X射線
環流器
1932年發現了正電子,1937年發現μ子,1947年發現K介子和π介子，后來又發現超子、反粒子等。
1．“基本粒子”不基本
(1)傳統的“基本粒子”：光子、電子、質子和中子。
(2)“基本粒子”不基本的原因
①科學家們逐漸發現了數以百計的不同種類的新粒子。
②科學家們又發現質子、中子等本身也有自己的復雜的結構。
2．發現新粒子
四 “基本”粒子
如光子、中間玻色子(W和Z玻色子)、膠子。光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強相互作用。
3．粒子的分類
參與強相互作用的粒子。質子和中子都是強子。
不參與強相互作用，有電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。
(3)規范玻色子：
(1)強子：
(2)輕子：
傳遞各種相互作用的粒子。
(4)希格斯玻色子：
是希格斯場的量子激發。
課堂小結
一.核裂變
定義
鈾裂變方程
鏈式反應
裂變應用
二.核聚變
鏈式反應快：原子彈
鏈式反應慢：核電站
定義
聚變方程
聚變條件
與裂變比較
三.”基本“粒子
“基本粒子”
新粒子
媒介子
輕子
強子：夸克
課堂小結
一、核裂變的發現
1.裂變；重核分裂成質量較小的核，釋放核能的反應的過程
2鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程
3.鏈式反應的條件：鈾的純度和鈾塊大小
二、反應堆與核電站
三、核聚變
1.核聚變：兩個輕核結合成一個質量較大的核
2.核聚變的條件：加熱到幾百萬卡爾文（熱核反應）
3.核聚變的例子：太陽、氫彈

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