人教版高中物理选修3-5：核聚变-课件1

核聚变原子核的结合能核子的比结合能(MeV)原子核的结能E(MeV)核C126O168Cu6329U238922.9268.75.12797.755275.8180358.7核子的比结合能(MeV)原子核的结合能E(MeV)核H21H31He32He4223.211.147.883.23.2807.772.757.2【思考】：结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？U-235C-12平均结合能1）概念：原子核的结合能与核子数之比2）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。平均结合能结合能核子数=3）意义：它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。OFe平均结合能核子的平均结合能随质量数的变化DEFABCzOZABCDEFFe核子平均质量OFe平均结合能核子的平均结合能随质量数的变化DEFABCz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裂变．把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做聚变．核能〓聚变〓裂变1994年5月IUPAC（国际纯粹化学与应用化学联合会）通过一项决议，建议把第109号元素命名为Meitnerium，以纪念核物理学家Lise·Meitner（莉泽·迈特纳，1878－1968）。三次被提名诺贝尔奖铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎片。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类人工的核反应使重核分裂成中等质量的原子定名为原子核的裂变。YXUUn*236922359210重核（铀核）的裂变核裂变1中子铀-235原子核氙-139原子核锶-95原子核中子不带电荷移近铀原子核时不受排斥中子1235951391092385402nUSrXen重核（铀核）的裂变核裂变11235951391092385402nUSrXen1235141921092563603nUBaKrn重核（铀核）的裂变裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：kg103578.0Δ27m释放出的能量为MeV201ΔΔ2mcE核裂变11235951391092385402nUSrXen1235141921092563603nUBaKrn巨大的核能2000t＝2×106kg煤1kg铀235中子鈾-235核分裂逃逸反应不断自我维持链式反应链式反应为了容易发生链式反应，需要选用纯U235足够使U235发生链式反应的最小体积（临界体积才能保证反应持续下去）核裂变应用2裂变可能会有哪些应用呢？原子弹利用核能发电四、裂变的应用：原子弹中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑．在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡．链式反应应用一、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%．链式反应应用一、原子弹投放在日本广岛的原子弹“小男孩”美军曾在长崎投下的代号为“胖子”的原子弹可怕的美丽原子弹之父奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗漫天奇光异彩有如圣灵逞威只有一千个太阳才能与其争辉我是死神我是世界的毁灭者应用二、核电站如果要利用核裂变，就必须控制其能量的释放即必须控制其核反应的速度核裂变应用2水泥防护层控制棒——镉棒燃料棒—铀棒减速剂链式反应的应用——核电站慢中子反应堆二、核电站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裂变．把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做聚变．〓聚变〓裂变核聚变1轻核：质量数很小的原子核，如氢核、氘核等氢-3核氢-2核中子氦-4He42+H21n10++17.6MeVH31核聚变核反应过程•一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同时放出一个中子）时，释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量在3.5MeV，•而裂变反应中平均每个核子释放的能量为1Mev•聚变反应比裂变反应中平均每个核子释放的能量大3～4倍．释放的能量在消耗相同质量的核燃料时，聚变比裂变能释放更多的能量．He42+H21n10++17.6MeVH31•氘可以从海洋中提取，以1年消耗5.6×105kg氘计算，海洋中的氘估计可使用1011年。•氚是放射性核素，天然的氚不存在。•可通过获得或者只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘核便可以得到大约21.6MeV的能量.22111311HHHH原材料的获得16403231nLHHeiHe42+H21n10++17.6MeVH31•废料:氦-4沒有放射性的惰性气体废料的处理He42+H21n10++17.6MeVH311、必须让轻核的距离非常接近10-15mm10152、必须让轻核具有很大的动能需要克服极大的库仑斥力1kE2kE反应的条件He42+H21n10++17.6MeVH31反应的条件做法是把轻核变成极高温(108K)！因此，聚变反应又叫热核反应．He42+H21n10++17.6MeVH31如何让轻核具有很大的能量？核聚变的利用——氢弹弹体引爆装置小型原子弹三种炸药：普通炸药Ｕ235氘、氚爆炸裂变聚变氘、氚、重氢化钾等铀235外壳普通炸药nHeHH10423121氢弹爆炸形成的磨姑云现在的技术还不能控制热核反应。问题有：１、热核反应的的点火温度很高；２、如何约束聚变所需的燃料；磁场约束研究现状与发展前景