裂变和聚变课件

第五节裂变和聚变1知道什么是核裂变2知道链式反应，并能计算核裂变释放的核能3掌握核聚变的定义及发生条件4能计算核聚变释放的能量.一、核裂变与链式反应核裂变：分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程能 进行下去，源源不断地将 释放出来重核重核自发自发核能核能铀235与铀238比较(1)天然铀储量：铀238占99.3%.铀235占0.7%.(2)与中子的作用特点铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的几率 铀238只有俘获能量 1 MeV的中子才可能发生裂变，并且几率，俘获能量低于1 MeV的中子时，不发生裂变，而变为铀239.为使链式反应容易发生，最好选用 较大较大大于大于很小很小铀铀235最小最小 二、受控热核反应核聚变：轻核结合成质量 核，轻核聚变必须在高温下进行，因此又叫 能量变化：轻核聚变后，平均结合能，反应中会 能量较大的较大的热核反应热核反应增加增加释放释放1015 动能动能 特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变 的能量热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠 就会使反应继续下去受控热核反应：如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应实现受控热核反应的条件(1)要把热核燃料加热到非常高的温度(2)要使聚变反应维持下去并能加以控制以提供可用的能量(3)使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量，这个条件称为“点火”条件.释放更多释放更多自身产生的热自身产生的热一、重核的裂变裂变：用中子轰击某些重核(如铀核)时，发现重核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量，这种核反应过程叫做核裂变核能：核裂变释放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能链式反应裂变的链式反应需要一定的条件才能维持下去：(1)要有足够浓度的铀235；(2)要有足够数量的慢中子；(3)铀块的体积要大于临界体积(2)在高温下，原子已完全电离，形成物质第四态等离子态，等离子体的密度及维持时间达到一定值时，才能实现聚变热核反应(1)热核反应的两种方式爆炸式热核反应；受控式热核反应，目前正处于探索、实验阶段(2)热核反应的优点(与裂变相比)产生的能量大；反应后生成的放射性物质易处理；热核反应的燃料在地球上储量丰富(3)实现核聚变的难点地球上没有任何容器能够经受如此高的温度为解决这个难题，目前有三种方法对等离子体进行约束，即引力约束、磁约束和惯性约束.【典例1】关于重核的裂变，下列说法正确的是 ()A核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏 损，所以核子数减少C铀核自发放出粒子、粒子时要释放能量，核电 站利用的就是这一能量D重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以 重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损对核裂变的理解对核裂变的理解解析核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能，但天然衰变进行得非常缓慢，放出的能量也很小，且人工无法控制，实用价值不大，原子核的人工转变也放出能量，但作为“炮弹”的粒子击中原子核的机会太少，这种做法得不偿失所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成单个核子时每个核子平均吸收的能量重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D正确铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A错误裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，B错误衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C错误答案D借题发挥重核发生裂变的条件是：(1)要俘获慢中子；(2)铀块的体积要大于临界体积重核裂变放能的原因是：重核核子的平均质量大于中等核核子的平均质量【变式1】关于重核的裂变，以下说法正确的是 ()A核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少D由于重核的核子质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量 亏损，放出核能mXe135.907 2 u，质量亏损为m(mUmn)(mSrmXe10mn)0.150 97 u.可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减少的，因此选项A、B、C均错重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，会发生质量亏损，从而释放出核能综上所述，选项D正确答案D【典例2】以下说法正确的是()A聚变是裂变的逆反应B如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量D裂变与聚变均可释放巨大的能量核聚变的理解及其核反应方程核聚变的理解及其核反应方程 解析A选项从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应B选项既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反C选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量因此，总的来说，聚变反应还是释放能量答案D【变式2】(双选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试下列关于“人造太阳”的说法中正确的是()答案答案AC【典例3】一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子(1)写出核反应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核能已知mU235.043 94 u，mXe138.918 44 u，mSr93.915 57 u，mn1.008 665 u.(2)计算1 kg铀完全裂变可释放出的能量，其相当于多少热值为2.93107 J/kg的煤完全燃烧时放出的热量？计算核反应中释放的核能计算核反应中释放的核能答案答案见解析见解析借题发挥裂变过程中质量数守恒，电荷数守恒由爱因斯坦质能方程得释放的核能Emc2.铀的物质的量为235 g/mol，1 mol铀含6.021023个铀核，1 kg铀完全裂变可释放的能量，等于各个铀核所释放能量的总和【变式3】一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH1.007 3 u，中子质量mn1.008 7 u，氚核质量m3.018 0 u求：(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？答案答案见解析见解析 1铀核裂变时，关于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是()A铀块的质量是重要因素，与体积无关B为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D能否发生链式反应与铀块的质量无关对核裂变的理解对核裂变的理解解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积，或质量小于临界质量就不会发生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则能够发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确答案C对核聚变的理解及其核反应方程对核聚变的理解及其核反应方程解析核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电答案B答案答案B计算裂变反应中释放的核能计算裂变反应中释放的核能计算核聚变释放的能量计算核聚变释放的能量