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,第四章,第五节裂变和聚变,1/35,学习目标,1.,知道重核裂变反应和链式反应发生条件,.,2.,掌握核聚变定义及发生条件,.,3.,会计算裂变、聚变所释放能量,.,2/35,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,3/35,知识探究,4/35,一、核裂变和链式反应,如图,1,为铀核裂变示意图,.,导学探究,答案,图,1,(1),铀核裂变是怎样发生？,5/35,答案,铀核裂变,核子受激发：当中子进入铀,235,后，便形成了处于激发状态复核，复核中因为核子激烈运动，使核变成不规则形状,.,核子分裂：核子间距离增大，因而核力快速减弱，使得原子核因为质子间斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引发其它铀核裂变，这么，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应,.,6/35,(2),铀核裂变在自然界中能自发进行吗？,答案,重核裂变只能发生在人为控制核反应中，在自然界中不会自发地发生，故铀核裂变不会自发地进行,.,要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多中子，这些中子继续与其它铀核发生反应，再引发新裂变，这么就形成了链式反应,.,答案,7/35,知识梳理,对核裂变和链式反应了解,1.,核裂变,重核被中子轰击后分裂成两个较轻核，并放出,过程,.,2.,铀核裂变,用,轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是各种多样，其中一个经典,反应是,能量,中子,8/35,3.,链式反应,由重核裂变产生,使裂变反应一代接一代继续下去过程，叫做核裂变链式反应,.,4.,链式反应条件,(1),铀块体积,或等于临界体积或铀块质量,或等于临界质量,.,(2),有足够数量,中子,.,中子,大于,大于,慢,9/35,即学即用,判断以下说法正误,.,(1),铀核裂变是一个天然放射现象,.(,),(2),铀块质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去,.(,),(3),中子速度越快，越轻易发生铀核裂变,.(,),(4),铀核裂变产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子,.(,),10/35,二、受控热核反应,1.,聚变,两个轻核结合成质量较大核，释放出能量反应，称为核聚变，聚变反应又称为热核反应,.,2.,聚变方程,3.,聚变发生条件,要使轻核聚变，必须使轻核靠近核力发生作用距离,m,，这要克服电荷间巨大库仑斥力作用，要求使轻核含有足够大动能,.,要使原子核含有足够大动能，有一个方法就是给它们,，使物质到达几百万度以上高温,.,10,15,加热,11/35,判断以下说法正误,.,(1),核聚变时吸收能量,.(,),(2),核聚变平均每个核子放出能量，比裂变反应中平均每个核子放出能量大,.(,),(3),轻核聚变比裂变更完全、清洁,.(,),(4),实现核聚变难点是地球上没有任何容器能够经受如此高温度,.,(,),即学即用,12/35,题型探究,13/35,一、核裂变与其释放核能计算,1.,常见裂变方程,2.,链式反应发生条件,(1),铀块体积大于或等于临界体积,.,体积超出临界体积时，确保中子能够碰到铀核,.,(2),有足够浓度铀,235.,(3),有足够数量慢中子,.,14/35,3.,裂变反应能量,铀核裂变为中等质量原子核，发生质量亏损，所以放出能量,.,一个铀,235,核裂变时释放能量假如按,200 MeV,估算，,1 kg,铀,235,全部裂变放出能量相当于,2 800 t,标准煤完全燃烧释放化学能，裂变时能产生几百万度以上高温,.,4.,铀同位素中铀,235,比铀,238,更轻易发生链式反应,.,15/35,例,1,关于重核裂变，以下说法正确是,A.,核裂变释放能量等于它俘获中子时得到能量,B.,中子从铀块中经过时，一定发生链式反应,C.,重核裂变释放出大量能量，产生显著质量亏损，所以核子数降低,D.,重核裂变为中等质量核时，要发生质量亏损，放出核能,解析,答案,16/35,解析,核裂变释放能量起源于裂变过程质量亏损，是核能转化为其它形式能过程，其能量远大于俘获中子时吸收能量，,A,错误，,D,正确；,发生链式反应是有条件，铀块体积必须大于或等于临界体积，不然中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，,B,错误；,重核裂变时，核子数守恒，,C,错误,.,17/35,重核裂变实质,1.,重核裂变是中子轰击质量数较大原子核，使之分裂成中等质量原子核，同时释放大量能量，放出更多中子过程,.,2.,重核裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核平均结合能比中等质量核平均结合能要小,.,所以在重核分解为两个中等质量核过程中要释放能量，而且释放能量远大于它俘获中子时得到能量,.,归纳总结,18/35,例,2,用中子轰击铀核,(),，其中一个可能反应是分裂成钡,(),和氪,(),两部分，放出,3,个中子,.,各个核和中子质量以下：,m,U,390.313 9,10,27,kg,，,m,n,1.674 9,10,27,kg,；,m,Ba,234.001 6,10,27,kg,，,m,Kr,152.604 7,10,27,kg.,试写出核反应方程，求出反应中释放核能,.,解析,答案,19/35,解析,依据反应前后质量数守恒、电荷数守恒，就能够写出核反应方程,.,依据核反应前后质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放核能,.,则核反应前后质量亏损为,m,m,U,m,n,m,Ba,m,Kr,3,m,n,3.578,10,28,kg,，,由爱因斯坦质能方程可得释放核能为,E,mc,2,3.578,10,28,(3,10,8,),2,J,3.220 2,10,11,J.,20/35,二、聚变及释放核能计算,1.,核聚变特点,(1),轻核聚变是放能反应：从平均结合能图线看，轻核聚变后平均结合能增加，所以聚变反应是一个放能反应,.,(2),在消耗相同质量核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多能量,.,(3),热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠本身产生热就能够使反应进行下去,.,(4),普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大热核反应堆,.,21/35,2.,核聚变应用,(1),核武器,氢弹：一个不需要人工控制轻核聚变反应装置,.,它利用弹体内原子弹爆炸产生高温高压引发烧核聚变爆炸,.,(2),可控热核反应：当前处于探索阶段,.,22/35,3.,重核裂变与轻核聚变区分,重核裂变,轻核聚变,放能,原理,重核分裂成两个或多个中等质量原子核，放出核能,两个轻核结合成质量较大原子核，放出核能,放能,多少,聚变反应比裂变反应平均每个核子放出能量要大34倍,核废料,处理难度,聚变反应核废料处理要比裂变反应简单得多,23/35,原料,蕴藏量,核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变铀235在铀矿石中只占0.7%,主要原料是氘，氘在地球上储量非常丰富.1 L水中大约有0.03 g氘，假如用来进行热核反应，放出能量约与燃烧300 L汽油释放能量相当,可控性,速度比较轻易进行人工控制，现在核电站都是用核裂变反应释放核能,当前，除氢弹以外，人们还不能控制它,24/35,17.6,解析,依据质量数和电荷数守恒可得,x,是,(,中子,).,核反应中质量亏损为,m,2.014 1 u,3.016 1 u,4.002 6 u,1.008 7 u,0.018 9 u,所以该反应释放出能量为,E,m,c,2,17.6 MeV.,解析,答案,25/35,解析,答案,针对训练,(,多项选择,),据新华社报道，由我国自行设计、研制世界第一套全超导核聚变试验装置,(,又称,“,人造太阳,”,),已完成了首次工程调试,.,以下关于,“,人造太阳,”,说法正确是,C.,依据公式,E,mc,2,可知，核燃料质量相同时，聚变反应释放能量比,裂变反应大得多,D.,依据公式,E,mc,2,可知，核燃料质量相同时，聚变反应释放能量与,裂变反应相同,26/35,依据轻核聚变特点，相同质量核燃料，轻核聚变释放能量比裂变反应大得多，故选项,C,正确,.,27/35,达标检测,28/35,A.X,原子核中含有,86,个中子,B.X,原子核中含有,141,个核子,C.,因为裂变时释放能量，依据,E,mc,2,，所以裂变后总质量数增加,D.,因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物总质量数降低,解析,答案,1,2,3,4,解析,X,原子核中核子数为,(235,1),(94,2),140,个，,B,错误；,中子数为,140,(92,38),86,个，,A,正确；,裂变时释放能量，出现质量亏损，不过其总质量数是不变，,C,、,D,错误,.,29/35,2.(,多项选择,),以下关于聚变说法中，正确是,A.,要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功,B.,轻核聚变需要几百万度以上高温，所以聚变又叫做热核反应,C.,原子弹爆炸能产生几百万度以上高温，所以氢弹能够利用原子弹引,发烧核反应,D.,太阳和许多恒星内部都在进行着猛烈热核反应，在地球内部也可自,发地进行,1,2,3,4,解析,答案,30/35,解析,轻核聚变时，要使轻核之间距离到达,10,15,m,，故必须克服库仑斥力做功，,A,正确；,要克服核子间作用力做功，必须使反应原子核有足够大动能，方法就是将其加热到几百万度以上高温，,B,正确；,热核反应必须在几百万度以上高温下进行，这么高温度可利用原子弹爆炸释放能量取得，,C,正确；,在太阳和许多恒星内部都存在热核反应，但在地球内部不会自发地进行，,D,错,.,1,2,3,4,31/35,A.(,M,m,1,m,2,),c,2,B.(,M,m,m,1,m,2,),c,2,C.(,M,m,1,m,2,9,m,),c,2,D.(,m,1,m,2,9,m,M,),c,2,答案,解析,1,2,3,4,解析,铀,235,裂变时质量亏损,m,M,m,m,1,m,2,10,m,M,m,1,m,2,9,m,，由质能方程可得,E,mc,2,(,M,m,1,m,2,9,m,),c,2,.,32/35,4.,太阳内部连续不停地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子热核反应，这个核反应释放出大量能量就是太阳能源,.(,已知质子质量为,m,H,1.007 3 u,，氦核质量为,m,He,4.001 5 u,，正电子质量为,m,e,0.000 55 u,，结果保留两位小数，,1 u,相当于,931.5 MeV,能量,),(1),写出这个核反应方程；,答案,解析,1,2,3,4,33/35,(2),这一核反应能释放多少能量？,答案,解析,1,2,3,4,答案,24.78 MeV,解析,反应前质量,m,1,4,m,H,4,1.007 3 u,4.029 2 u,，反应后质量,m,2,m,He,2,m,e,4.001 5 u,2,0.000 55 u,4.002 6 u,，,m,m,1,m,2,0.026 6 u,，由质能方程得，释放能量,E,mc,2,0.026 6,931.5 MeV,24.78 MeV.,34/35,(3),已知太阳每秒释放能量为,3.8,10,26,J,，则太阳每秒降低质量为多少千克？,答案,解析,1,2,3,4,答案,4.22,10,9,kg,解析,由质能方程,E,m,c,2,得太阳每秒降低质量,35/35,
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