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19.6 重核的裂变 核聚变的利用——氢弹 * * 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 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)计算铀裂变时释放的能量 已知铀核裂变的反应: 求:该核反应释放能量; 亏损质量: 释放能量: Δm = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn) = 0.3578×10-27kg 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. 3、链式反应 (1)定义: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,叫做核裂变的链式反应. 35 种 元 素 的 200 多种 位素 同 发生链式反应 爆炸 (2)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。 足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1 kg,质量超过1 kg 则发生爆炸。 任何有核反应堆的国家都不难得到爆炸级的裂变材料,原子弹的基本设计又如此简单,从而为防止核武器扩散带来了困难。 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 中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 水泥防护层 控制棒——镉棒 燃料棒—铀棒 减速剂 二、核电站——慢中子反应堆 核电站 核心设施:核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 减速剂: 石墨、重水或普通水,用于减小中子的速度 控制棒:镉棒,用于吸收中子, 控制核反应的快慢。 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。 核反应堆 通过受控核裂变反应获得核能的装置,可使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数, 以形成所谓的自持链反应(self-sustaining chain reaction)。 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 三、核电的安全性 核反应堆的防护措施: 第一道屏障——耐高温腐蚀的陶瓷体燃料芯块 可以把98%以上的裂变产物滞留在芯块内。 第二道屏障——燃料元件包壳 由优质的锆合金制成,具有良好的密封性。 第三道屏障——压力壳 将燃料棒和一回路的水完全罩住,防止燃料元件包壳少量射线泄漏。 第四道屏障——安全壳 由1m多厚的钢筋混凝土制成,整个核反应堆都装在安全壳中。 核电站放射性气态废物和液态废物的处理: 采取贮存衰变等方法进行稀释,再排放到指定的区域。 核电站固体废物的处理: 先在核电站内专用的废物库暂存,然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水源的放置场永久贮存,一般要存放几百年。 §19.7 核的聚变 一、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,同时放出大量的核能。这种核反应叫做聚变。 一、核聚变 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:mα=4.002603u 中子的质量:mn=1.008665u 计算表明,这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量(201MeV)少,但平均每个核 子产生的能量 是铀裂变( = 0.852MeV)的约4倍。 2、发生聚变的条件: 要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; 2)把原子核加热到很高的温度;
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