核裂变、聚变及粒子和宇宙.ppt

宇宙的演化 宇宙——从何而来？ 大爆炸理论 (The Big Bang Theory) 宇宙从一个“奇点”爆炸产生 早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。 1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。整个空间可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。 从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史： 大爆炸开始时 150－200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。 大爆炸后10-44秒 1032 度产生了夸克、轻子、胶子等粒子。 大爆炸后10-6秒 10万亿度，夸克构成了质子和中子等强子，进入强子时代。 大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、中微子等轻子为主，质子中子仅占10亿分之一，进入轻子时代。 大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。进入核合成时代。 大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。 恒星的演化 恒星的摇篮——星云 人马座礁湖星云 天蛇座老鹰星云 猎户座马头星云 麒麟座玫瑰星云 猎户座女巫星云 恒星的演化 壮年期的恒星 我们的太阳 全天最亮恒星——天狼星(其伴星是一颗白矮星) 质量不同的恒星,它们寿命的长短取决于其自身的质量。 0.2太阳质量的恒星，为1万亿年； 1 太阳质量的恒星, 为100亿年； 15太阳质量的恒星，为2000万年。 恒星的演化 不稳定期—红巨星、恒星的爆发 红巨星 当内部氦核心被点燃后的恒星的爆发 而核的质量小于1．44个太阳质量，这颗恒星便可能演化成为白矮星。由于引力十分巨大，和外电子被紧密压缩，密布在原子核周围，处于一种超密状态, 其中一个火柴盒大小的物质, 如果能拿到地球上来, 就重达1吨左右。 人马座钻石星，这块钻石直径是4000公里，质量2千亿亿亿吨。 太阳在70亿年后，也将变成类似的钻石。 恒星的演化 恒星的死亡（一）——白矮星 恒星的演化 瞬间的绚烂（二）——超新星爆发 对于大质量的恒星，由于引力巨大，氢烧完后，引力导致的坍缩会十分猛烈，这时，大量的能量瞬间爆发出来，恒星的亮度瞬间爆增上千万倍，乃至上百亿倍，这就是超新星爆发。一颗超新星在爆发时输出的能量可高达1043焦，这几乎相当于我们的太阳在100亿年时间里输出能量的总和。超新星爆发时，抛射物质的速度可达107m/s，超新星并不是新的星，而是恒星死亡的绽放。 金牛座蟹状星云是1054年爆发超新星的遗骸 大麦哲伦星云1987A超新星 恒星的演化 恒星的死亡（三）——中子星 超新星爆发后，如果剩下的核的质量在1．44—2个太阳质量之间。巨大的引力使得电子被压入原子核，整个恒星成为一个中子球，依靠中子的泡利不相容原理产生的简并压力对抗引力。它的直径只有10千米左右，其密度特别大，1立方厘米可达1亿吨以上，自转特别快。 白矮星、地球和中子星大小的比较 恒星的演化 恒星的死亡（四）——黑洞 质量更大的致密天体，中子的简并压力不足以抗衡引力，这个天体还要坍缩 , 它坍缩的结果会变成一种非常特殊的比中子星更致密的天体——其体积无限被压缩，以致其第二宇宙速度超过光速，光也无法从其内部逃出，所以叫黑洞。 正在吞噬恒星的黑洞的想象图 钱德拉望远镜拍摄黑洞攻击星系照片 * 托卡马克（TOKAMAK）在俄语中是“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词的组合，即环流磁真空室的缩写。 核子平均质量 平均结合能 核子的平均结合能随质量数的变化 z 核反应 吸收能量 放出能量 核子结合成原子核 有些重核分裂成中等质量的核 有些轻核结合成中等质量的核 核裂变与核聚变 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 + → + + （3）