19.6核裂变(课件)-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版选修3-5）

19.6 核裂变 复习引入 问题： 什么叫做核反应？ 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。 问题： 什么是结合能? 什么是比结合能? 把核子分开需要的能量（或核子结合成原子核时释放的能量）叫做结合能。结合能与核子数之比叫比结合能。 问题： 轻核、重核和中等质量的原子核的比结合能有怎样的关系? 中等质量的原子核的比结能最大，轻核聚变成中等质量的原子核或者重核分裂成中等质量的原子核都要释放出核能。 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 1、 使较重的核分裂成中等大小的 核，比结合能会增加，发生新 的质量亏损，释放结合能。 思考：如何获得核能？ 2、把较小的核合并成中等大小的 核，核子的比结合能会增加， 即核子将发生新的质量亏损， 释放结合能。 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过程中发现，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。 弗里施 哈恩 迈特纳 弗里施 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核裂变。 （重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出中子的过程） 一种典型的反应是裂变为钡和氪，同时放出3个中子，其核反应方程是： + + → + （ ） 铀核裂变的产物是多种多样的，其他裂变方程还有: （最典型的一种核反应方程式） 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。 三分裂、四分裂概率低，是二分裂的千分之三 阅读课本，重核裂变只能分裂成两块吗？ 资料 1kg铀中含有的铀核数为： 相当于标准煤的质量为： 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万摄氏度的高温。 1Kg铀完全裂变释放的能量为： 求： ΔE=200.55MeV 已知： 1个U235发生裂变亏损质量： Δm = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn) = 0.3578×10－27kg 1个U235发生裂变释放的能量？ 1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2800t优质煤完全燃烧时释放的能量 裂变中释放的能量 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，这就是链式反应。 二、链式反应 1、定义：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。 裂变中放出中子，数目有多有少，中子的速度也有快有慢。以铀235为例，裂变时产生2－3个中子，如果这些中子继续与其他铀235核发生反应，再引起新的裂变，就能使核裂变反应不断地进行下去。这种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。 2、临界体积和临界质量：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。 铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。 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。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 3、链式反应的条件: （1）有足够浓度的铀235 （2）有足够数量的慢中子 （3）发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量。 发生链式反应 爆炸 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。 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。 核子受激发： 当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。 核子分裂： 核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2~3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能。 核能的释放： 由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能。 铀核裂变的过程 关于铀核裂变的说明： ①铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变，且