人教版高中物理选修3-5课件：-19.6核裂变-(共24张PPT)

19.6核裂变原子弹的原理初中生都懂，但是为什么那么难制造呢？一、核裂变1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现，生成物中有原子序数为56的元素钡。奥地利物理学家迈特纳(和弗里施对此做出了解释:铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为核裂变。1、核裂变：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。=+重核小的核铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是：235114192192056360U+nBa+Kr+3n2、链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程假设：在学校报告厅有1200个学生，其中一位学生开始小声说话。如果每位说话的学生在每秒内能令其它3位学生也跟着谈话……最少要多少时间才可令所有学生跟着谈话？秒数谈话学生的人数0111+13=424+43=16316+163=64464+643=2565256+2563=102461024+10243=4096需时时间=6s怎样做才能够阻止情况失控？铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素3、通常把裂变物质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。铀核裂变时如果生成物不同，释放的能量也有差异。一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!1kg铀235=2800t标准煤原子弹与科学家的责任STS原子弹是利用重核裂变的锁式反应成的，在极短时间内能够释放大量核能，发生猛烈爆炸。原子弹的结构有“内爆式”和“式”两种“内爆式”原子弹，核中子源燃料一般做成球形，体积小于临界体积。它的外部安放化学炸药，引时利用化学炸药爆炸的冲击波将核燃料压缩至高密度的超临界状态，聚心冲击波同时压缩放在核尷料球心的中子源，使它释放中子，引起核燃料的链式反应。为了降低中子率以碱小临界质量，节省核燃料，四周用轴238做成中子反射层，使逸出燃料区的部分中子返回。原子弹与科学家的责任STS为了打破核垄所，最终消灭核武器，1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功。同时，我国政府郑重承诺:中国在任何时候、任何情况下，都不首先使用核武器，不对无核国家或地区使用或威胁使用核武器。我国研制成功原子弹，极大地增强了我国的国防力量。二、核电站原子核的链式反应也可以在人工控制下进行。这样，释放的核能就可以为人类的和平建设服务。其实在第一个原子弹制成以前，科学家们已经实现了核能的可控释放。1942年，费米就主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置，首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。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部件名称慢化剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线防止放射性污染反应堆主要部件核电站工作流程核电站工作的流程：第一回路中水被泵压入反应堆，通过堆芯时利用反应放出的热水来增加水的内能，水的温度升高。后来，第一回路的水进入热交换器，把热量传给第二回路的水，然后又被泵圧回到反应堆里。在热交换器里，第二回路的水被加热生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转。核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30t左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤。(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。(3)对环境的污染要比火力发电小．。一、石墨堆、重水堆、轻水堆、压水堆、沸水堆科学漫步近年来。在新闻中常常见到标上的这些术语，它们各代表什么意思，为什么会引起公众的注意？分别用石墨、重水、轻水傲慢化剂，相应的反应堆就是石墨堆，重水堆，轻水堆。我们在第十六章已经学过，一个运动的小球与另一个静止的小球发生弹性撞时，如果两球质量相等，原来运动的小球会静止下来，把能量全部传递给后者。快中子与普通水中的氢原子的碰撞正是这样的情形，所以普通水对中子的减速效果很好。重水中的氘不易吸收中子，所以最初的反应堆用重水做慢化剂。后来，由于核燃料浓缩技术的进步，可以制造高浓度的核燃料了，反应中损失一些中子影响不大，这样就能够用廉价的普通水做慢化剂。压水堆和沸水堆都用普通水做慢化剂和冷却剂，其主要区别在于压水堆内水压很高，沸水堆由于压力小，所以安全性能教好，但堆芯体积和反应堆的外壳要比压水堆大得多。二、燃料越烧越多的“魔炉”一一快中子增殖反应堆科学漫步前面介绍的慢中子(热中子)反应堆属于第一代实用核反应堆，以铀235为裂变燃料。但是铀235在天然铀中只占0.7％，其余99.3％的铀238不能利用。为了解决这个问题，更充分地利用铀资源，科学家们研究出了一种能使铀238变成高效核燃料从而使核燃料越烧越多的“魔炉”一一快中子增殖反应堆。“快堆”中用的核燃料是钚239。钚239裂变释放出快中子，装在反应区周围的轴238吸收快中子后变成铀239，轴239很不稳定，经过两次β衰变后变成钚239。这就是说，在反应堆中一边“烧”掉钚239，又一边使铀238转变成新的钚239，而且新产生的钚239比“烧”掉的还多。这就是燃料增殖的密密。问题与练习解答：1、什么是核度?什么是链式反应?重原子核受到中子的轰击后分裂成两个或两个以上中等质量原子核的现象，成为重核的裂变，由重核裂变产生的中子使得裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做和裂变的链式反应。解：2、在反应难中，用什么方法控制核裂变的速度?解：在核反应堆中，主要通过调节控制棒的位置来控制核裂变的速度。3、已知22688Ra，22286Rn，42He的原子量分别是2260254，220175，40026。求出22688Ra在α衰变22688Ra→22286Rn+42He中出的能量(以电子伏持为单位）解：根据质能方程得到释放的能量为4934Mev。衰变后的质量亏损为0.0053E=mc24、在一个反应中用石墨做慢化制使快中子减速。碳核的质量是中子的12倍，假设中子与的次撞部是弹性正碰，而且认为碰撞前都是静止的。（1）设前中子的动能是E0，经过一次碰，中子失去的动能是多少？（2）少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于E0x10-6?解：（1）设中子的质量为m，速度为v0，碳核的质量为M，碰后中子、碳核的速度分别是V1、V。则：Mvmvmv1022120212121Mvmvmv由以上两式解得：011311vv碰撞一次，中子损失的动能为：0220212016948)1311(1212121EmvmvmvE（2）中子与碳核第一次碰撞后剩余的动能：0220211)1311()1311(2121EvmmvE同理，经第二次碰撞后中子剩余的动能：02221222)1311()1311(2121EvmmvE同理，经第n次碰撞后中子剩余的动能：0602060221210131110)1311()1311(2121EEEEvmmvEnnnnn有两边取对数得：2n（lg11-lg13）=-6，即：2n（1.0411-1.114）=-6得n=41.2次，故至少要碰撞42次，中子的动能才能少于10-6E05、一个铀变为土时释放一个α粒子。己知铀核的质量为3.853131x10-25kg，土和质量为3.76567×10“kg，在α粒子的质量为6.6672×10＝kg.在这个衰变过程中释放的能量等于多少焦耳?解：衰变过程中的质量亏损∆m=3.853131x10-25kg-3.76567×10-25kg-6.6672×10-27kgE=mc2求得衰变过程中释放的能量∆E=8.712×10-13J6、秦山核电站一期工程机容茔为30万千瓦。知某1g铀235完全裂变时产生的能量为8.2x1010J，并且假定所产生的能量都壹成了电能。么年年消耗多少铀235？解：一年的发电量为：E=pt=3.0x108×24×3600×365≈9.46×1015J所以需要的铀235的克数为：kgEm2101015.1102.8课堂小结一、核裂变1、核裂变：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。2、链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程3、通常把裂变物质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。4、铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素二、核电站1、链式反应的应用——核电站慢中子反应堆2、核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少。(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。(3)对环境的污染要比火力发电小。部件名称慢化剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线防止放射性污染反应堆主要部件