第六节重核的裂变

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,湖北省襄阳四中物理课堂 主讲人 任建新,原子核,第六节 重核的裂变,1,电子,原子核,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。,1、核反应：,2,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,3,核子平均质量,核子的平均质量与原子序数之间的关系,如果原子序数较大的重核,A,分裂成原子序数较小的,B,和,C,，或者原子序数较小的,D,和,E,，结合成原子序数大些的F核，都会有质量亏损，都会放出巨大的核能。,4,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,。,聚变,裂变,一、裂变,5,核裂变视频,6,1939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。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：,+,+,+,1、铀核的裂变,7,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：,释放出的能量为,8,1kg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,9,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,点击观看动画,2、链式反应,10,由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应,使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的,临界体积,，相应的质量叫做,临界质量,。,链式反应,原子弹即是利用此原理制造。,11,曼哈顿工程,美国陆军部于1942年6月开始实施的利用核裂变反应来研制原子弹的计划。又称曼哈顿计划。为了先于纳粹德国制造出原子弹，该工程集中了当时西方国家(除纳粹德国外)最优秀的核科学家，动员了10万多人参加这一工程，历时3年，耗资20亿美元，于1945年7月16日成功地进行了世界上第一次核爆炸，并按计划制造出两颗实用的原子弹。整个工程取得圆满成功。在工程执行过程中，负责人L.R.格罗夫斯和R.奥本海默应用了,系统工程,的思路和方法，大大缩短了工程所耗时间。这一工程的成功促进了第二次世界大战后系统工程的发展。,12,面对巨大的爆炸，曼哈顿工程负责人之一，被称为“原子弹之父”的著名科学家奥本海默在核爆炸观测站里想起了印度一首古诗的两句：“我是死神，我是世界的毁灭者。”,1945年7月16日5时24分，在美国新墨西哥州中南部白沙导弹基地，命名为“小玩意儿”的世界第一颗原子弹爆炸了。爆炸腾起的烟尘若垂天之云，在半径为以400米的范围内，沙石都被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米范围的所有动物全部死亡。,早在1933年，匈牙利物理学家西拉德就预见，链式反应一旦实现，其释放的巨大能量很可能会被用来制造杀人武器。因为链式反应的速度快得难以想象，整个爆发时间只有百万分之几秒。同时，它会产生几百万摄氏度高温、几十万个大气压的压力。换句话说，那是一场毁灭性的大爆炸。,13,二战爆发后，一批被法西斯迫害流亡国外的科学家，鼓动当时名望很高的科学家爱因斯坦于1939年8月2日给美国总统罗斯福写了一封信，指出利用裂变物质制造具有杀伤力极大的武器原子弹的可能性及其严重的军事后果，建议美国用一切手段探明这种可能性。这促成美国实施了有名的“曼哈顿工程”原子弹制造工程。,到1945年，美国花费20多亿美元，终于率先研制成三枚原子弹，分别命名为“小玩意儿”、“小男孩”和“胖子”。1945年7月16日5时24分，美国在新墨西哥州中南部白沙导弹基地，进行了人类第一次原子弹爆炸试验。试验中爆炸力相当于两万吨TNT炸药。,为了完成曼哈顿工程，美国政府动员了50多万人 （其中科研人员15万），耗资22亿美元，占用了全国近三分之一的电力。原子弹的研制是20世纪大科学的典型范例。,14,原子弹爆炸录像,15,原子弹,16,“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。,“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,17,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% ,原子弹,18,原子弹,在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画：在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒,19,广岛红十字医院里，一个严重烧伤的学生仰面躺在一张草席上。他的五官几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了。四天后他死了。,倒塌的钢架结构建筑物,20,中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图,21,我国第一颗原子弹、氢弹爆炸视频,22,我国核技术的发展,中国核武器大事记表,核武发展螫伏期：1946-1953年,1946年， 中国安全部门负责人康生倡导招募海外华裔科学家，特别是火箭和核能方面的专家。,1949年10月1日，中华人民共和国成立。,1950年6月25日，朝鲜战争爆发。恼羞成怒的美国多次威胁要对华动用核武。,1951年， 中苏开始联合在新疆进行铀矿勘探。,1953年，中国原子能委员会在中国科学院正式成立。,1月，由核科学家钱三强率领的中国科学家代表团访问莫斯科。,7月，朝鲜战争结束。,23,核武急速发展期：1955-1965年,1955,年,1,月,4,日，莫斯科宣布将按照协定提供给中国核裂变材料,1,月,15,日毛泽东主持中共中央书记处扩大会议，会议决定发展战略武器。,9,月，加州理工学院培养的火箭专家钱学森和,150,名旅居欧美的华裔科学家返华服务。,1956,年，中国从苏联得到,2,枚仿德制,R-1,型火箭。,3,月,14,日，钱学森向中央军委提交了【建立我国国防航空工业的建议书】并在与会上讨论通过。,5,月,26,日，毛泽东在,“,论十大关系,”,的讲话中提出了要发展原子弹的目标；航空航天部的前身,-,弹道导弹研究院及原子能研究设计院成立，钱学森任导弹研究院院长。,24,1956,年十月十七日，中央批准聂荣臻的,“,自力更生为主，力争外援和利用资本主义国家已有的科学成果,”,导弹研究战略。,1957,年，苏联赠送给中方,2,枚更先进的,R-2,型导弹。其中一枚留作研究，一枚进行仿制。,10,月,15,日，聂帅在,“,中苏核技术合作协定,”,上签字。,12,月，中央军委着手创建中国人民解放军地地导弹部队，属军委炮兵建制。,1958,年初，中共中央军事委员会为国防科学技术委员会提出,”,发展核武器的指导方针,”,。,同年，中国开始对,R-2,进行仿制，即东风,-1,。,25,3月3日，中央书记处批准在中国西北地区建立导弹试验靶场，在辽西建立海上导弹试验靶场。,1959年6月20日，苏联单方面撕毁同北京签订的核技术合作协定，开始取消对中国的技术援助，到1960年完全停止了援助。,9月18日，我军战略导弹部队惟一的一所高等工程技术院校正式成立。,1960年11月5日， 由中国仿制苏联的东风-1短程弹道导弹首次进行了成功的试射。,1964年6月29日，中程弹道导弹东风-2试射成功。,10月16日15时（北京时间），中国第一颗原子弹在新疆罗布泊爆炸成功，中国从此成为核俱乐部的第五个成员。,26,同日，中华人民共和国政府发表声明，10月17日国务院总理周恩来致电世界各国政府首脑，阐明中国对于核武器问题的立场：中国政府一贯主张全面禁止和彻底销毁核武器，中国进行核试验、发展核武器，是被迫而为的。中国掌握核武器，完全是为了防御，为了保卫中国人民免受核威胁。中国政府郑重宣布，在任何时候，任何情况下，中国都不会首先使用核武器。,1965年，东风-2制导系统完成升级工作，改进后的导引系统采以电解积分仪为核心的全惯性制导。,同年，中国展开东风-3的设计工作。,27,文革滞后期：1965-1976年,1965年3月，中央军委做出研制洲际弹道导弹的决定，当时经论证确定为液体洲际导弹。,5月，东风-4的设计工作正式开始，东风-5的项目可能同时上马。,5月14日，一架装有原子弹的轰炸机从西北某机场起飞，飞临试验场上空，飞行员按照预定成功地实现了空爆。这是中国进行的第二次原子弹爆炸试验。,11月，东风-2A增程型弹道导弹发射试验成功。,1966年，中国首次部署东风-2中程弹道导弹。,7月27日，中国人民解放军战略导弹部队在北京正式成立，周恩来总理亲自命名为“第二炮兵”，向守志任二炮司令员，李天焕任政治委员。,10月，首枚直径为1，400毫米的固体火箭发动机试车成功。,28,10月27日，长达10年的文化大革命开始。中国唯一一次携核弹头实弹发射试验在甘肃双子成基地取得成功，一枚2万当量装药的东风-2导弹在900公里外新疆罗布泊核试验场上空预定高度爆炸。,12月26日，东风-3进行了首次试射。,1967年3月，以周恩来总理为首的中央专委命令七机部立即展开具有二级固体火箭的巨浪-1的研制工作。,1967年3月2日，周总理批准在东北地区建设中远程地地导弹试验场。,6月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功。,1970年1月30日，东风-4中远程弹道导弹发射试验成功。,5月，正式部署东风-2A。,4月14日，由东风-4衍生的“长征-1”型运载火箭将中国第一枚人造卫星“东方红-1”号射入近地轨道。,12月26日， 中国自行研制的核动力潜艇下水。,1971年5月，东风-3开始服役。,29,11,月,15,日，东风,-4,弹道导弹全程飞行试验成功。,1974,年，中国建立了战略导弹作战指挥体系。,1975,年,5,月，中央决定抓紧东风,-5,洲际导弹的研制，同时积极进行潜射弹道导弹的研制。,8,月,4,日，东风,-3,战略核导弹定型生产。,11,月,26,日，长征,-2,运载火箭首次发射返回式遥感卫星,(,侦察卫星,),，该卫星在,3,天后按预定指令返回地面。,核武研制恢复期：,1976-1986,年,1976,年,1,月,23,日，,2,，,000,吨级核弹头试验，从此实现了核弹头小型化。,10,月，文革结束。,11,月,27,日，发射一枚限程洲际导弹，载有一枚,400,万当量的核弹头。,12,月,7,日，用试验型的全程洲际导弹发射第七颗卫星。,30,1977,年,12,月，国务院和中央军委下达,“,关于加速我军武器装备现代化的决定,”,。决定指出将以发展常规武器装备为主，有重点的发展导弹核武器。,1978,年，邓小平提出,“,以战略导弹打游击,”,的思想，直接导致了东风,-21,的产生。,10,月,14,日，中国首次进行地下核试爆。,1980,年，中国首次部署东风,-4,型中远程弹道导弹。,5,月,18,日，东风,-5,洲际导弹自甘肃酒泉基地向南太平洋作全程试射，成功。,1981,年初，夏级核动力弹道导弹潜艇下水。,同年，中国开始,“,试验性,”,部署,2,个东风,-5,陆基发射井。,9,月,21,日，,“,风暴,-1”,型运载火箭一箭三星成功，向世人显示多弹头分导式重返大气层载具的能力。,1982,年,10,月,12,日，,中国用一艘苏制,Golf,级常规动力潜艇，水下发射巨浪,-1,潜射弹道导弹成功。,31,1983,年，,巨浪,-1,潜射弹道导弹开始服役。,1980,年末，巨浪,-1,完成增程任务，射程从,2,，,000,公里增加到,3,，,000,公里。,1984,年，二炮正式承担起战略值班的神圣职责。,4,月,8,日，中国用自己研制的长征三号运载火箭将自己研制的第一颗通讯卫星送上了距地球三万六千公里的地球同步轨。,10,月,1,日，在,35,周年国庆阅兵式上，二炮首次向世人公开亮相。,1985,年,5,月,20,日，东风,-21,试射成功。,9,月,28,日，第一次潜射巡航导弹试验。,10,月,15,日，人民解放军首次从夏级发射巨浪,-1,，因未成功，故未广泛报道。据西方情报机构的披露，,9,、,10,月前后中国共进行了四次巨浪,-1,试射，均告失败，其中一艘夏级核潜艇在发射中被全毁。,12,月，据信，东风,-3,的增程工作告一段落,(1981-1985),，导弹射程从,2,，,700,公里增加到,3,，,500,公里以上。,32,体制改革跃进期：,1986-,至今,1986,年，用东风,-4,弹道导弹进行多弹头分导式重返大气层的第一次试验。,同年，东风,-31/41/JL-2,的研制工作正式展开。,3,月,21,日，中国对外宣布不再进行大气层核试验。,10,月,11,日，第八次回收侦察卫星。,12,月,16,日，东风,-5,洲际导弹设计定型。,1987,年，中国向沙特阿拉伯秘密输出了,36,枚东风,-3,战略导弹，此举震惊全球，尤其使那些曾对中国战略导弹生产能力质疑的西方核武专家跌破了眼镜。,6,月,5,日，第,33,次地下核爆，当量为,20,万吨级。,1988,年,4,月，中国访问学者从美国劳伦斯实验室回国，使得几项中子弹技术获得了突破。,9,月,7,日，长征,-4A,运载火箭向太阳同步轨道发射,“,风云,-1”,号气象卫星。,33,9,月,27,日，中国人民解放军首次从夏级潜艇上发射了巨浪,-1,型弹道导弹，此枚导弹落在了半径为,65,公里的目标区内，其中心为北纬,123,。,53,度，东经,28,。,13,度。巨浪,-1,导弹设计定型。,9月28日，中国进行了第34次地下核爆，当量仅为120千吨，美国率先报道中国刚刚试爆了一枚中子弹。90年中情局参院听政会上承认中国掌握了从劳伦斯实验室(Lawrence Livermore Lab)带走的技术机密。,同年，M-9战术弹道导弹定型生产并对外出口。,1989年8月，东风-21固体燃料弹道导弹以机动方式发射成功。,1990年5月26日，第35次核爆(地下)，当量为40千吨。,8月16日，第36次核爆(地下)，当量为50-200千吨。,1992年，M-11战术弹道导弹定型生产并出口。,3月9日，中国签署反核子扩散条约，成为该条约第174个会员国。,34,5月21日，第37次核爆(地下)，此次核爆威力巨大，当量测得为1，000-2， 000千吨。,9月25日，第38次核爆(地下)，当量为1-20千吨。,1993年10月5日，第39次核爆(地下)，当量为80-90千吨。,1994年6月10日，第40次核爆(地下)，当量为10-40千吨。,10月7日，第41次核爆(地下)，当量为40-150千吨。,1995年，中国可装载战术核武器的歼轰-7进入预量产，并开始装备部队。,7月21-23日，江西乐平的二炮基地向台湾外岛澎屿附近发射了4枚东风-15。,5月15日，第42次核爆(地下)，当量为40-150千吨。,5月29日，美、日国防部同时传出消息，中国的新型东风-31洲际导弹从山西太原向新疆库尔勒地区成功地进行了首次高弹道的试射。,8月17日，第43次核爆(地下)，当量为20-80千吨。,35,1996年，东风-31洲际导弹研制成功。,3月8日及13日，江西乐平、福建永兴岛与东山岛，向台湾海域各发射2枚改良型东风-15。,6月8日，第44次核爆(地下)，当量为20-80千吨黄色炸药。,7月29日，中国抢在禁止核试前进行了第45次核爆，当量仅为1-5千吨。同日，中国宣布从隶日起中国开始暂停核试验。,9月24日，中国外长钱其琛在纽约联合国总部，和美、俄、法、英等60多个国家联合签署了“全面禁止核试验条约”。,1999-2000年8月2日，中国对外宣布试射“新型远程导弹”成功。,36,核防护,（）核爆炸瞬时效应防护。,对核袭击的防护大致可分为两大类。,利用工事进行掩蔽,在开阔地面上的人员，当发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。,（）放射性沾染防护。,避开在沾染区或高照射量率的地区行动,人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间,及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染,进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，以减少放射性物质在人体内的存留,37,二、核电站,解决能源危机根本途径,核能,可开发的,核裂变,燃料资源可使用上,千年。,核聚,变,资源可使用几亿年。,我国建造的四座核电站,一、秦山核电站位于杭州湾畔,二、广东大亚湾核电站,三、田湾核电站位于江苏省连云港市连云区田湾,四、岭澳核电站位于广东大亚湾西海岸大鹏半岛东南侧,中国在浙江三门新建的四座AP1000核电站机组，第一台在2013年可并网运行。这将成为世界上第一座第三代AP1000核电站，中国在运用AP1000技术上已经成熟。,“如果AP1000(第三代核电技术)核电站发生事故，周边居民无需撤离，只要在家里，吃点碘片就可以了。”,38,水泥防护层,控制棒镉棒,燃料棒铀棒,减速剂,链式反应的应用,核电站慢中子反应堆,二、核电站,39,核能-解决能源危机的根本途径,核发电量占总发电比例最多的10个国家是：,法国 75%,立陶宛 73.1%,比利时 57.7%,保加利亚 47.1%,斯洛伐克 47%,瑞典 46.8%,乌克兰 43.8%,韩国 42.8%,匈牙利 38.3%,亚美尼亚 36.4%,世界核能发电占全部电量,1/4,40,核电站,秦山核电站,41,