dd19.6.7 核裂变 核聚变
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19.6 重核的裂变
吸收能量 核 反 应 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
D EF
AC
B
O
Fe
Z
平均结合能FC
B
E DO
A
核子的平均结合能随质量数的变化
Fe
z
一.核裂变1.核裂变 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.
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235 92
多种多样
U+ n1 0
1 0
→141 561 39 54
Ba +
92 36
Kr +3 n1 0
1 0
235 92
U n 1
Xe Sr 2 n95 38136 54
235 92
U + 0n
Xe +
90 38
Sr + 10 0 n
1
(3)计算铀裂变时释放的能量 已知铀核裂变的反应:235 92
U +0 n 56 Ba +36 Kr + 30 n1 141 92 1-27
m U = 390.3139 10
kg ;
m n = 1.6749 ×10
-27
kg-27
m B a = 234.0016 ×10
-27
kg ;
m kr = 152.6047 ×10
kg
求:该核反应释放能量;
Δm 亏损质量: = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn)= 0.3578×10-27kg 释放能量: ΔE = Δmc 2 = 201M eV
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.
(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。素的 元 种 35 200 多种 同 位素
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。 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。
原子弹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
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
二、核电站——慢中子反应堆水泥防护层控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒 减速剂
核心设施:核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 核电站 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%
世界核能发电占全部电量1/4
匈牙利 38.3% 亚美尼亚 36.4%
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
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