3 4 裂变和聚变 教学目标 一 核裂变 核裂变概念 铀核的裂变 链式反应二 核聚变1 轻核的聚变 热核反应 2 发生聚变的条件3 实现的方法有 三 受控热核反应 核聚变的利用 物理学中把重核分裂成两个较轻的核时 释放出核能的反应叫做核裂变 一 核裂变 1 核裂变 2 铀核的裂变 1 发现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 2 裂变产物 多种多样 请计算铀裂变时释放的能量 已知铀核裂变的反应 求 1 该核反应释放的能量 2 平均每个核子释放的能量 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 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 3 链式反应 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 发生链式反应的条件 铀块的质量大于临界质量 或者铀块的体积大于临界体积 原子弹 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 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 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 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 原子弹 中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 氚核 氘核 中子 氦 4 核聚变 1 轻核的聚变 热核反应 某些轻核能够结合在一起 生成一个较大的原子核 这种核反应叫做聚变 二 核聚变 轻核的聚变 根据所给数据 计算下面核反应放出的能量 氘核的质量 mD 2 014102u氚核的质量 mT 3 016050u 氦核的质量 m 4 002603u中子的质量 mn 1 008665u 2 发生聚变的条件 使原子核间的距离达到10 15m 3 实现的方法有 1 用加速器加速原子核 把原子核加热到很高的温度 108 109K 聚变反应又叫热核反应 把原子核加热到很高的温度 核聚变的利用 氢弹 三种炸药 普通炸药 235 氘 氚 爆炸 裂变 聚变 氢弹爆炸形成的磨姑云 热核反应和裂变反应相比较 具有许多优越性 三 受控热核反应 核聚变的利用 可控热核反应将为人类提供巨大的能源 和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题 我国的可控核聚变装置 中国环流器1号 已取得不少研究成果 能用于热核反应的原料极其丰富 裂变的原料比较稀缺 反应物质量相同的情况下聚变放出的能量比裂变多 热核反应后的遗留物对环境污染小 这一点裂变无法相比 现在的技术还不能控制热核反应 问题有 如何约束聚变所需的燃料 磁场约束 地球上没有任何容器能够经受如此高的温度 惯性约束 现在的技术还不能控制热核反应 问题有 地球上没有任何窗口能够经受如此高的温度 如何约束聚变所需的燃料 核聚变普遍存在于宇宙中 太阳的中心发生核聚变 放出巨大能量 太阳 这个天然的的核聚变过程已经发生了好几十亿年