核裂变与核聚变

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核裂变的发现

1.重核的裂变: 使重核分裂成中等质量的原子核的核反应叫重核的裂变。

2.核反应类型: 重核的裂变只发生在人为控制的核反应中,自然界不会自发的产生。

3.一种典型的铀核裂变:

4.对重核裂变的理解

(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式。

(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,裂变就会不断进行下去,释放出越来越多的核能。

(3)核能的释放:由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量,因此,铀核裂变为中等质量的原子核时,会发生质量亏损,释放核能。

5.链式反应

(1)定义: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链式反应。

(2)条件:发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量。

6.裂变反应的能量

一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算,1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量,裂变时能产生几百万摄氏度的高温。

反应堆与核电站

1.核反应堆

原子核的链式反应可以在人工控制下进行,使核能较平缓地释放出来,这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务,裂变反应堆的结构所示:

2.核反应堆工作原理

核反应堆简化示意图如图所示。各部分作用如下:

(1)核燃料:反应堆使用浓缩铀(铀235占3%~4%)制成铀棒作为核燃料,释放核能。

(2)减速剂:用石墨、重水和普通水,使裂变中产生的中子减速,以便被铀235吸收。

(3)控制棒:由吸收中子能力很强的镉制成,用以控制反应速度。

(4)水泥防护层:反应堆外层是很厚的水泥壁,可防止射线辐射出去。

(5)热交换器:靠水和液态金属钠在反应堆内外的循环流动,把产生的热量传输出去。

3.核电站

核电站是利用缓慢释放的核能来发电,这是核能的和平利用。如图所示为核电站工作流程示意图。

核聚变

1.定义: 轻核结合成质量较大的原子核的反应叫核聚变。

2.核反应方程:

3.核聚变发生的条件

要使轻核发生核聚变,必须使它们的距离达到 10-15m 以内,核力才能起作用。由于原子核都带正电,要使它们接近到这种程度,必须克服巨大的库仑斥力,这就要求原子核具有足够的动能,有一种方法就是把它们加热到很高的温度,温度高达几百万开尔文,因此核聚变又叫热核反应。

4.核聚变的应用

目前,热核反应主要用在核武器上,那就是氢弹,需要用原子弹爆炸产生的高温高压引发核爆炸。

5.太阳能

太阳的主要成分是氢,太阳中心温度可达 1.6× 107K,在此高温下,氢核聚变成氦核的反应不停地进行着,太阳能就来自于太阳内部聚变释放的核能。

6.核聚变的优点

(1)轻核聚变产能效率高。

(2)地球上聚变燃料的储量丰富。

(3)轻核聚变更为安全、清洁。

7.核聚变的难点

地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。

8.可控核聚变的设想方案

(1)磁约束:利用磁场约束参加反应的物质,目前最好的一种磁约束装置是环流器。

(2)惯性约束:聚变物质因自身的惯性,在极短时间内来不及扩散就完成了核反应,在惯性约束下,用激光从各个方向照射反应物,使它们“挤”在一起发生反应。

核裂变

核聚变

高中物理知识点总结

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