物理选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变课文课件ppt

这是一份物理选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变课文课件ppt，共32页。PPT课件主要包含了学习目标，新课导入，新课讲解，核裂变的发现，链式反应，⑴定义，⑵链式反应的条件，①保证铀235的纯度，反应堆与核电站，反应堆等内容，欢迎下载使用。

1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件。2.了解裂变反应堆的工作原理及核电站和核能利用的优缺点。3.掌握核聚变的定义及发生条件。4.会判断和书写核裂变、核聚变方程,能计算核反应释放的能量。
较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢？
1947年我国著名物理学家钱三强、何泽慧夫妇在巴黎首先观察到中子轰击铀核的三分裂和四分裂现象。
当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。
②临界体积和临界质量：
原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，就有可能不到铀核而跑到铀核外面去，链式反应不能继续。只有当铀核足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个核，使链式反应进行下去。
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。
3、核裂变释放大量的能量
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!
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。
通过可控制的链式反应来释放核能的装置。
⑵慢化剂：为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水或普通水。
⑶控制棒：在铀棒之间插入一些镉棒，利用镉棒吸收中子的能力很强来控制反应速度。镉棒插入的越深，吸收的中子就越多，链式反应的速度就越慢，这样的镉棒叫控制棒。
⑷水泥防护层：屏蔽射线防止放射性污染。
热中子反应堆的核燃料是铀棒，成分是天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2%〜4%）。
中子的速度不能太快，否则会与铀235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变。实验证明，速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变。这样的中子就是“热中子”，或称慢中子。
第一回路中的水被泵压入反应堆，通过堆芯时核心反应放出的热使水的内能增加，水温升高。第一回路的水进入交换器，把热量传给第二回路的水，然后又被泵压回反应堆。
在热交换器内，第二回路中的水被回热生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转。
⑵核反应堆的防护措施：
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。
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。
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。
两个轻核结合成质量较大的核的核反应。
一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍，核反应方程：
2、核聚变普遍存在于宇宙中
科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。
太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。
3、核聚变的利用——氢弹
1967年6月17日，我国首枚氢弹爆炸成功
带电粒子运动时在均匀磁场中受洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。
中国科学院的环流器装置
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
【例题4】我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”(如图)2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础.下列关于聚变的说法正确的是（ ）A.核聚变比核裂变更为安全、清洁B.任何两个原子核都可以发生聚变C.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
解析：与核裂变相比轻核聚变更为安全、清洁，A正确；自然界中最容易发现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，不是任意两个原子核都能发生核聚变，B错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能量，根据E＝mc2可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，C错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减少，核子的比结合能增加，D正确。
1.我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称为“人造太阳”）将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变方程是 已知 、 、 和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）A．X是质子B．大亚湾核电站利用核聚变发电C．该核反应所释放的核能为D． 和 的结合能之和大于的结合能
解析：A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是中子，A错误；B．大亚湾核电站是利用重核裂变来发电，B错误；C．根据质能方程，该核反应所释放的核能为C正确；D．比结合能大的原子核更稳定，一个氘核与一个氚核结合成一个核时，释放能量，则 更稳定，比结合能更大，核子数守恒，则 和 的比结合能之和小于 的比结合能，D错误。故选C。答案：C
2.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（　　）A． 是人工核反应B． 是核裂变反应，该反应吸收能量C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束