原子核的结合能__裂变和聚变课件

单击此处编辑母版标题样式,20-2 原子核的结合能 裂变和聚变,原子核既然是由质子和中子组成的，它的质量就,应等于所有质子和中子的质量之和：,1.原子核的结合能,根据爱因斯坦质能关系，可得原子核的结合能：,m,x,=Zm,p,+(A-Z)m,n,但实验测定的原子质量,m,x,总是小于所有核子质量,之和，这一差值称为原子核的质量亏损：,m=Zm,p,+(A-Z)m,n,-m,X,20-2 原子核的结合能 裂变和聚变 原子核既然,质子和中子组成核的过程中，有能量E释放出来。反之，要使原子核再分解为单个的质子和中子就必须吸收E的能量。,氘核吸收,E能量后分解为质子和中子,E,氘,质子,中子,E=(m)c,2,=Zm,p,+(A-Z)m,n,-m,X,c,2,原子核的结合能,爱因斯坦,质子和中子组成核的过程中，有能量E释放出来。反之，要使原子,原子结合能的计算,一原子质量单位,具有能量,质子质量,中子质量,核子平均结合能,原子核的结合能,原子结合能的计算一原子质量单位具有能量质子质量中子质量核子平,例：,核子平均结合能,原子核的结合能,例：核子平均结合能原子核的结合能,表20-3 原子核的结合能,核子的,比结合能,(MeV,),原子核的结合能,E(MeV),核,核子的,比结合能,(MeV,),原子核的结能,E(MeV),核,原子核的结合能,表20-3 原子核的结合能核子的原子核的结合能核核子的原,核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。,原子核的结合能非常大，所以一般原子核都是非常稳定的系统。然而，不同原子核的稳定程度不同。,每个核子的平均结合能称为比结合能：,原子核的结合能,核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。原子核的结合能非,a,.中等质量原子核的核子平均结合能较大,8.79,MeV,8.47,MeV,8.75,MeV,b.轻核和重核的核子平均结合能都较小,2.83,MeV,7.5,MeV,7.56,MeV,原子核的结合能,a.中等质量原子核的核子平均结合能较大8.79MeV8.47,a,.最轻和最重的核的比结合能较小。,b.大多数中等质量的核，比结合能较大且近似相等(都在8MeV左右)。这说明中等质量的核最稳定。,原子核的结合能,a.最轻和最重的核的比结合能较小。原子核的结合能,第二种方法是轻核聚变。,因此，要利用原子核的结合能，必须从自然界中存在的原子核来考虑。,方法有二：,第一种方法是重核裂变；,要利用核能，理论上是把自由状态的Z个质子和(A-Z)中子结合起来组成中等质量的核，这样放出的结合能最多。但实际上，用质子和中子直接组成中等核是不现实的，因为自由中子不易得到，即便得到了一些，自由中子的半衰期也较短。,原子核的结合能,第二种方法是轻核聚变。因此，要利用原子核的结合能，必,2.重核的裂变,裂 变,原子弹爆炸,2.重核的裂变裂 变原子弹爆炸,裂变产物百分数,裂变的产物分布曲线,重核的裂变,裂变产物百分数裂变的产物分布曲线重核的裂变,质量较大的原子核（重核）在一定条件上分裂为两个或多个中等质量的原子核。,裂变：,重核的裂变,质量较大的原子核（重核）在一定条件上分裂为两个或多个中等质量,裂变后形成的中等质量的核具有过多的中子，由于中子具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定的。它们通过一系列的,衰变，放射性的中等质量的核才转化为稳定核。,用能量为1eV以下的慢中子轰击铀核时，铀核会分裂为两个质量相近的中等质量的核，同时放出一至三个快速中子。这种重核分裂为中等质量核的过程称为重核的裂变。,重核的裂变,用能量为1eV以下的慢中,重核的裂变,重核的裂变,受控热核反应：,如果在受控条件下，每次裂变平均只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反应，这就是核反应堆中的情况。,原子弹：,铀核裂变时放出巨大的能量，同时能放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别的铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数目将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应，这就是原子弹中发生的情况。,重核的裂变,受控热核反应：如果在受控条件下，每次裂变平均只有一,原子弹：,利用铀、钚原子核的自持核裂变链式反应原理制成的武器,自持核裂变链式反应,：不需外界干预，自身可持续进行的核裂变链式反应。,重核的裂变,原子弹：利用铀、钚原子核的自持核裂变链式反应原理制成的武器自,重核的裂变,原子弹爆炸,冲击波,光辐射,核电磁脉冲,重核的裂变原子弹爆炸冲击波光辐射核电磁脉冲,重核的裂变,早期核辐射,放射性沾染,重核的裂变早期核辐射放射性沾染,3.氢核的聚变,氢弹爆炸,托克马克装置,3.氢核的聚变氢弹爆炸托克马克装置,两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件上聚合为质量较大的原子核。,聚变：,3.氢核的聚变,上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。,两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件上聚合为质量较大的原子,从上式可知，电势能随着原子序数的增大而增大，对原子序数大的重核，电势能大而不易被克服；仅对于原子序数小的轻核才能发生核聚变。,两个原子核互相接近产生聚变反应时，由于原子核间存在很大的库仑斥力，原子核碰撞动能必须克服两原子核间的电势能 。,氢核的聚变,从上式可知，电势能随着原子序数的增大而增大，对原子序,最重要的聚变过程之一是,碳氮循环,，其循环结果是把四个质子结合成一个氮核：,这个过程中释放的能量约为26.7MeV,氢核的聚变,最重要的聚变过程之一是碳氮循环，其循环结果是把四个质,氢弹,：,利用氘、氚（氢的同位素）等轻原子核的聚变反应原理制成的核武器通常称为氢弹。,氢弹反应式,氢弹结构示意图,氢核的聚变,氢弹：利用氘、氚（氢的同位素）等轻原子核的聚变反应原理制成的,氢弹,：,利用氘、氚（氢的同位素）等轻原子核的聚变反应原理制成的核武器通常称为氢弹。,氢弹反应式,氢弹结构示意图,氢核的聚变,氢弹：利用氘、氚（氢的同位素）等轻原子核的聚变反应原理制成的,