技术物理下册（第三版）12-4 原子核能技术学习课件

12-4

原子核能技术现象与思考原子核结构及组成原子核能裂变和聚变

现象与思考

物质都由分子、原子核组成的，原子是由原子核和电子组成的。那么原子核有没有内部结构？原子核是由什么组成的？

我们这一节就认识原子核和原子核能的应用。如视频12.4-1和图12.4-1。核电站及核反应堆视频12.4-1图12.4-1我国大亚湾核电站一、原子核结构及组成1.天然放射现象

天然放射现象的发现揭开了原子核内部结构秘纱。

1896

年，法国物理学家贝可勒耳在实验中首先发现，铀能放出肉眼看不见的使照相底片感光的某种射线。发现了天然放射现象。贝可勒耳（1852—1908）2.

原子核的人为转变

20

世纪

30

年代原子核的人为转变、查德威克发现中子，后来人们又从其他许多原子核里都打出中子来，从而表明中子也是原子核的组成部分。人们逐渐认识原子核的内部结构，形成原子核物理学。查德威克（1891—1974）3.原子核的组成⑴原子结构示意图图12.4-2原子结构示意图⑵核素符号的形式

X

为化学元素符号；

A

为核素的质量数；

Z

为核电荷数，它是核所带元电荷数，也等于核中质子数（原子序数）。

如：

表示碳原子核，其中质量数

A

=12，核电荷数

Z

=

6，中子数A-Z=

6。二、原子核能

1.

质量亏损

实验证明：原子核的质量总是小于组成它的质子和中子的质量和。后者与前者的差额称为质量亏损。

如氘核（）由一个质子（p)和一个中子（n）

组成，其质量为：m

d=3.344×10-27Kg一个质子（p)

和一个中子质量的和：mp+mn=(1.673+1.675)×10-27Kg=3.348×10-27Kg其质量亏损为：△m=mp+mn-md=0.004×10-27Kg那么被质量亏损的这部分质量到哪去了？2.质能关系式

E=mc2

由爱因斯坦提出，第一次把能量和质量联系起来，认为一定的质量必定与一定的能量相联系。式中

c

是真空中的光速。爱因斯坦质能方程是我们开发核能的理论基础。如：1

g

质量对应的能量为E=1×10-3×（3×108）2J=9×1015J

相当于燃烧

3.18×108

L

汽油得到的能量。按

10

km/L

的耗油量计算，可供一个小汽车环球旅行

80

圈。

前面所举例子中

△m=0.004×10-27

Kg

对应的能量为：△E=△

mc2=（0.004×10-27×2997924582）J=3.597×10-13

J=2.24MeV相当于

56

万个碳原子完全燃烧放出的能量。

3.核能

核子组合成原子核时放出的能量称为结合能，不同的核结合能是不同的。当然，要把原子核拆解为一个个中子和质子，所需的能量不会少于它的结合能。

⑴无论是重核分裂成两个或多个中等质量的核，还是轻核聚合成质量较大的核，都要吸收或释放能量，这个能量叫做核反应能，也叫原子能或核能。⑵获得核能的两种方式：裂变反应和聚变反应

三、裂变和聚变1.

重核裂变

1939

年

12

月，物理学家们发现中子轰击铀核时，铀核裂变为两个中等质量的新核，同时放出

2～3

个中子，并释放了近

200MeV

的能量。这种现象叫做重核裂变。图12.4-3重核裂变

在裂变反应中，如果1kg的铀全部裂变，它放出的能量相当于2500t优质煤完全燃烧时放出的能量。图12.4-4铀⑴链式反应

铀核裂变时总要释放出2～3个中子，这些中子又会引起其他铀核的裂变，这样裂变反应就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量，这就是链式反应。如图12.4-4所示及（动画）链式反应。

链式反应能够进行的最小体积叫做临界体积，相应的质量叫做临界质量。链式反应（动画）⑵核反应堆链式反应及其迅速，在及短的时间内释放巨大的核能。为了和平的利用原子能，人们制造核反应堆。它有五部分组成：核燃料、减速剂、控制棒、保护层、冷却剂，如（动画)。核反应堆如图12.4-5所示。核反应堆（动画）图12.4-5压水堆核电站示意图

2.轻核聚变⑴当两个轻原子核结合成一个较重的原子核时，也会释放能量。我们称这种结合为轻核聚变。⑵实现聚变反应需要满足的条件：

①高温。②密度和时间。③约束。

要使轻核聚变，必须使他们的距离很近。由于原子核是带正电的，要使它们接近到达到10～15m的近距离，必须克服巨大的库仑力。这就要使原子核具有很大动能，通常通过加热来实现。因此，聚变反应又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身的热就可以使反应进行下去。

练习

1.关于原子核的核能,下列说法正确的是()

A.

核子组成原子核时，所释放的能量

B.

核子组成原子核时，所需要的能量

C.

原子核所具有的热力学能

D.

原子核分裂成核子的过程中,由质量亏损所吸收的能量A

2.太阳辐射能量主要来自太阳内部的(

)A.化学反应