第四章第五节裂变和聚变

第四章第五节裂变和聚变第1页，共20页，2023年，2月20日，星期三[目标定位]

1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.掌握核聚变的定义及发生条件.3.会计算裂变、聚变所释放的能量．第2页，共20页，2023年，2月20日，星期三一、核裂变与链式反应1．核裂变：____分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应．2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变的过程能____进行下去，源源不断地将____释放出来．3．铀235与铀238比较 (1)天然铀储量：铀238占99.3%.铀235占0.7%.重核自发核能第3页，共20页，2023年，2月20日，星期三 (2)与中子的作用特点

①铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的几率____．

②铀238只有俘获能量____1MeV的中子才可能发生裂变，并且几率____，俘获能量低于1MeV的中子时，不发生裂变，而变为铀239.

③为使链式反应容易发生，最好选用_____．4．一种典型的裂变反应方程较大大于很小铀235第4页，共20页，2023年，2月20日，星期三5．临界体积：能够发生链式反应的铀块的____体积．二、受控热核反应1．核聚变：轻核结合成质量______核，轻核聚变必须在高温下进行，因此又叫________．2．能量变化：轻核聚变后，平均结合能____，反应中会____能量．4．核反应条件：必须使它们的距离达到_____m以内，使核具有足够的____，轻核才能够发生聚变．最小较大的热核反应增加释放10－15动能第5页，共20页，2023年，2月20日，星期三5．特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变________的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠____________就会使反应继续下去．6．受控热核反应：如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这称为受控热核反应．7．实现受控热核反应的条件 (1)要把热核燃料加热到非常高的温度； (2)要使聚变反应维持下去并能加以控制以提供可用的能量； (3)使热核反应释放的能量足以补偿形成聚变过程中所损失的能量，这个条件称为“点火”条件.释放更多自身产生的热第6页，共20页，2023年，2月20日，星期三一、核裂变和链式反应1．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．2．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，裂变就会不断地进行下去，形成链式反应．第7页，共20页，2023年，2月20日，星期三3．能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一般来说，平均每个核子放出的能量约为1MeV，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t优质煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温．4．用中子轰击铀核时，铀核裂变的产物是多种多样的，其中两种典型的反应是：第8页，共20页，2023年，2月20日，星期三【例1】

(单选)关于重核的裂变，下列说法正确的是 (

) A．核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B．重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏

损，所以核子数减少 C．铀核自发放出α粒子、β粒子时要释放能量，核电站利

用的就是这一能量 D．重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重

核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损

答案

D第9页，共20页，2023年，2月20日，星期三

解析核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能．原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能，但天然衰变进行得非常缓慢，放出的能量也很小，人工无法控制，实用价值不大，原子核的人工转变也放出能量，但作为“炮弹”的粒子击中原子核的机会太少，这种做法得不偿失．所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径．比结合能是核子结合成原子核时，每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成核子时，每个核子平均吸收的能量．重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见第10页，共20页，2023年，2月20日，星期三由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A错误；裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，B错误；衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C错误．借题发挥重核裂变的实质(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．第11页，共20页，2023年，2月20日，星期三 mU＝390.3139×10－27kg，mn＝1.6749×10－27kg； mBa＝234.0016×10－27kg，mKr＝152.6047×10－27kg.

试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．

解析根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程．

根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．第12页，共20页，2023年，2月20日，星期三

则核反应前后的质量亏损为 Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.3578×10－27kg.

由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 ΔE＝Δmc2＝0.3578×10－27×(3×108)2J

＝3.2202×10－11J.第13页，共20页，2023年，2月20日，星期三二、核聚变及核能的计算1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．聚变方程：第14页，共20页，2023年，2月20日，星期三4．重核裂变与轻核聚变的区别

重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多反应方式比较项目第15页，共20页，2023年，2月20日，星期三【例3】

(单选)以下说法正确的是 (

) A．聚变是裂变的逆反应 B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量 C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显

然是吸收能量 D．裂变与聚变均可释放巨大的能量

答案

D第16页，共20页，2023年，2月20日，星期三

解析

A选项从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同．裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应；B选项既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反；C选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量．因此，总的来说，聚变反应还是释放能量．第17页，共20页，2023年，2月20日，星期三【例4】一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量