2024届高考物理一轮复习课件：第五节 核裂变与核聚变

第四节 放射性同位素 第五章 原子与原子核 1.核裂变与链式反应 核裂变：比铁原子核重的一个重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应 核聚变：比铁原子核轻的两个轻核聚合成一个较重的核时，释放出核能的反应 平均结合能 Z O A C F E D B Fe 不同原子核的比结合能随质量数A的变化 聚变 裂变 原子核的平均质量与原子序数之间的关系 核子平均质量 F D C E Fe B A Z O 裂变 聚变 1.核裂变与链式反应 核裂变:重核分裂成质量较小的核，并释放核能的反应。 中子 多种多样 二分裂 质量数守恒，电荷守恒 三分裂 （ ） 四分裂（ ） ... 概率： 二分裂的 二分裂的 1.核裂变与链式反应 链式反应：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 条件：每次裂变产生的中子，至少平均有一个能引发新的裂变 ①保证 的纯度←提纯 ②铀块的大小 临界体积:裂变物质能够 发生链式反应的最小体积 相应 质量 临界质量 1.核裂变与链式反应 如果 1 kg 铀全部裂变，它放出的能量就相当于 2800 t 标准煤完全燃烧时放出的化学能。 = 1 kg 2800 t 1.核裂变与链式反应 二战时期，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蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多，长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ；广岛市区80%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53%。 1.核裂变与链式反应 中国制造的第一颗原子弹于1964年10月16日在新疆罗布泊爆炸成功。 1.核裂变与链式反应 核反应堆：人工控制链式反应的装置 (浓缩铀) 核燃料 (石墨、轻水、重水) 吸收中子、控制反应速率 慢中子 1.核裂变与链式反应 【例1—课本P133】在热中子反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂. 中子在重水中可与 核碰撞减速，在石墨中可与 核碰撞减速，上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作慢化剂，哪种减速效果更好? 重水作慢化剂减速效果更好 1.核裂变与链式反应 核能发电的基本原理 2.核聚变及受控热核反应 核聚变：某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核的核反应 发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到 10-15 m以内(原子核需要很大的动能才会“撞”在一起) 方法: ①用加速器加速原子核 ②原子核加热到很高的温度108～109K 2.核聚变及受控热核反应 热核反应： 理论上，物质达到几百万摄氏度以上的高温时，小部分原子核就具有足够的动能，能够克服相互间的库仑斥力，在互相碰撞中接近到可以发生聚变的程度.因此，核聚变又叫作热核反应. 普通炸药 铀235 氘、氚 爆炸 裂变 聚变 释放核能 大阳是一个巨大的热核反应堆 弹体 引爆装置 小型原子弹 氘、氚、重氢化钾等 铀 235 外壳 普通炸药 氢弹结构示意图 2.核聚变及受控热核反应 受控热核反应——核聚变的利用 热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 （1）轻核聚变产能效率高 （2）地球上聚变燃料的储量丰富 每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6亿亿立方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000亿吨。 （3）轻核聚变更为安全、清洁 高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理。 2.核聚变及受控热核反应 ①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。 ②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。 磁约束：带电粒子运动时在均匀磁场中会在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。 托卡马克（环流器）磁约束装置 2.核聚变及受控热核反应 ①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。 ②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。 惯性约束：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 惯性约束聚变激光 2.核聚变及受控热核反应 国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，耗资50亿美元（1998年值）。ITER装置是一个能产生大规模