1、第五節第五節比結合能曲線0123456789020406080100120140160180200220240質量數A比結合能（MeV/核子）U23392Pt19573Kr8223He42Li63H21知識回顧知識回顧1. .最輕和最重的最輕和最重的核的比結合能較核的比結合能較小。小。2.2.大多數中等質大多數中等質量的核，比結合量的核，比結合能較大且近似相能較大且近似相等等( (都在都在8MeV8MeV左左右右) )。這說明中等。這說明中等質量的核最穩定。質量的核最穩定。要獲得核能：要獲得核能： 第一種方法是第一種方法是重核裂變重核裂變； 第二種方法是第二種方法是輕核聚變輕核聚變。一、裂變和

2、聚變一、裂變和聚變 核聚變：核聚變：比鐵輕比鐵輕的兩個輕核聚合成一的兩個輕核聚合成一個較重的核時，會釋個較重的核時，會釋放出能量來，這種核放出能量來，這種核反應叫做核聚變。反應叫做核聚變。 核裂變：核裂變：比鐵重的一個核分裂成兩個較比鐵重的一個核分裂成兩個較輕的核時，也會釋放出能量，這種核反應叫輕的核時，也會釋放出能量，這種核反應叫做核裂變。做核裂變。 原子彈爆炸原子彈爆炸1 1、19381938年，德國化學家哈恩和斯特拉斯用中子年，德國化學家哈恩和斯特拉斯用中子轟擊鈾核時發現了核裂變轟擊鈾核時發現了核裂變 重核的裂變重核的裂變即：一個重核分裂成了即：一個重核分裂成了兩個中等質量兩個中等質量的

3、核。的核。 二、核裂變鏈式反應二、核裂變鏈式反應2 2、核反應方程、核反應方程 nU10235923 3、我國物理學家錢三強，何澤慧夫婦、我國物理學家錢三強，何澤慧夫婦19461946年在巴年在巴黎發現了鈾的三分裂和四分裂黎發現了鈾的三分裂和四分裂 。+ +201Me201Mev vnBaKr101415692363鏈式反應鏈式反應 1 1、重的原子核俘獲一個中子以后發生裂變放出中、重的原子核俘獲一個中子以后發生裂變放出中子，如果這些中子又引起其他的核裂變，使得裂變不子，如果這些中子又引起其他的核裂變，使得裂變不斷地進行下去，釋放出越來越多的能量。這種反應叫斷地進行下去，釋放出越來越多的能量。

4、這種反應叫鏈式反應鏈式反應。鏈式反應模擬演示鏈式反應模擬演示1鏈式反應模擬演示鏈式反應模擬演示2 2釋放的核能釋放的核能 裂變以前裂變以前 裂變以后裂變以后236.0526u 1.0087u 235.0439u 1O23592nU反應過程中質量減少反應過程中質量減少m=0.2135u.m=0.2135u.反應中反應中釋放的能量釋放的能量: : E= E= m mc c2 2=201=201兆電子伏兆電子伏. .235.8373u 3.0261u 391.8973u 140.9139u 10923614156nKrBa 說明說明: :在天然鈾中，主要有兩種同位素，其在天然鈾中，主要有兩種同位素，

5、其中中99.3%99.3%是鈾是鈾238238，0.7%0.7%是鈾是鈾235235。這兩種鈾跟中。這兩種鈾跟中子的作用很不相同。鈾子的作用很不相同。鈾235235俘獲各種能量的中子俘獲各種能量的中子都會發生裂變，而且俘獲能量低的中子發生裂都會發生裂變，而且俘獲能量低的中子發生裂變的幾率較大。鈾變的幾率較大。鈾238238只有俘獲能量大于只有俘獲能量大于1MeV1MeV的的中子才可能發生裂變，并且幾率很小。它俘獲中子才可能發生裂變，并且幾率很小。它俘獲能量低于能量低于1MeV1MeV的中子時不發生裂變，而變成鈾的中子時不發生裂變，而變成鈾239239能量低于能量低于1MeV1MeV的中子跟鈾的

6、中子跟鈾238238基本上只發生基本上只發生彈性碰撞，不引起核反應。因此，為了使裂變彈性碰撞，不引起核反應。因此，為了使裂變的鏈式反應容易發生，最好是的鏈式反應容易發生，最好是利用純鈾利用純鈾235235。 原子彈：原子彈： 鈾核裂變時放出巨大的能量，同時鈾核裂變時放出巨大的能量，同時能放出多于二個中子，若分裂時放出的中子全部被能放出多于二個中子，若分裂時放出的中子全部被別的鈾核吸收，又引起新的裂變，這樣，裂變的數別的鈾核吸收，又引起新的裂變，這樣，裂變的數目將按指數規律增大，結果形成一發散的鏈式反應，目將按指數規律增大，結果形成一發散的鏈式反應，這就是原子彈中發生的情況。這就是原子彈中發生的

7、情況。 臨界體積臨界體積: :能夠發生鏈式反應的鈾塊的最小體積能夠發生鏈式反應的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。如果鈾叫做它的臨界體積。如果鈾235235的體積超過了它的臨的體積超過了它的臨界體積，只要有中子進入鈾塊，會立即引起鈾核的鏈界體積，只要有中子進入鈾塊，會立即引起鈾核的鏈式反應，在極短時間內就會釋放出大量的核能，發生式反應，在極短時間內就會釋放出大量的核能，發生猛烈的爆炸，原子彈就是根據這個原理制成的。猛烈的爆炸，原子彈就是根據這個原理制成的。原子彈爆炸原子彈爆炸沖擊波沖擊波核電磁脈沖核電磁脈沖早期核輻射早期核輻射三、受控熱核反應三、受控熱核反應熱核反應：熱核反應： 物質達到幾百萬度

8、以上的高溫時，原子的核外物質達到幾百萬度以上的高溫時，原子的核外電子已經完全和原子脫離，這時小部分原子核就具電子已經完全和原子脫離，這時小部分原子核就具有足夠的動能，能夠克服相互間的庫侖斥力，在相有足夠的動能，能夠克服相互間的庫侖斥力，在相互碰撞中接近到可以發生聚變的程度。因此，這種互碰撞中接近到可以發生聚變的程度。因此，這種反應又叫做熱核反應。反應又叫做熱核反應。 輕核的聚變輕核的聚變1 1、將幾個輕核結合成、將幾個輕核結合成較大質量的核較大質量的核叫輕核聚變。叫輕核聚變。 2 2、核反應方程、核反應方程: : HH3121+17.6Mev+17.6Mev該反應平均每個核子放出的能量在該反應

9、平均每個核子放出的能量在3Mev3Mev以上，聚以上，聚變比裂變能放出更多的能量。變比裂變能放出更多的能量。 nHe1042其它聚變：其它聚變：MeV4.22He2HLi422163MeV25.3nHeHH10322121MeV6.17nHeHH10422131MeV3.17He2HLi421173上述反應都需要超高溫條件，稱為熱核反應。上述反應都需要超高溫條件，稱為熱核反應。聚變反應的應用聚變反應的應用: :（1 1）太陽內部和許多恒星的內部，）太陽內部和許多恒星的內部，（3 3）可控熱核反應）可控熱核反應: :中國環流器一號中國環流器一號熱核反應的優點：熱核反應的優點：（2 2）氫彈的爆炸

10、（）氫彈的爆炸（通過原子彈爆炸時產生的通過原子彈爆炸時產生的高溫來達到高溫來達到 ）能量大、污染小、材料易得能量大、污染小、材料易得受控熱核反應：受控熱核反應： 如果要使巨大的熱核反應能量不是以爆炸的如果要使巨大的熱核反應能量不是以爆炸的形式釋放，而是在人工控制下逐漸地釋放出來并形式釋放，而是在人工控制下逐漸地釋放出來并加以利用（例如發電），這稱為受控熱核反應。加以利用（例如發電），這稱為受控熱核反應。 氫彈爆炸氫彈爆炸托克馬克裝置托克馬克裝置 太陽熱核反應太陽熱核反應: :在太陽內部，氫核在極高溫度下在太陽內部，氫核在極高溫度下聚變成氦核，在這過程中釋放出聚變成氦核，在這過程中釋放出2828

11、兆電子伏的能量兆電子伏的能量. .不過這種聚變過程，不是一次反應就能完成的，要不過這種聚變過程，不是一次反應就能完成的，要經過幾次反應才能把四個氫核聚合成一個氦核經過幾次反應才能把四個氫核聚合成一個氦核. .太陽太陽正是靠這種反應以驚人的巨大功率，向宇宙空間輻正是靠這種反應以驚人的巨大功率，向宇宙空間輻射能量的射能量的. .氫彈氫彈：利用氘、氚（氫的利用氘、氚（氫的同位素）等輕原子核的聚同位素）等輕原子核的聚變反應原理制成的核武器變反應原理制成的核武器通常稱為氫彈。通常稱為氫彈。4.8MeVHeHnLi4231106317.6MeVnHeHH10423121氫彈反應式氫彈反應式氫彈結構示意圖氫

12、彈結構示意圖撥開迷霧看中國真實核力量撥開迷霧看中國真實核力量 1 1、年月日、年月日時，中國時，中國首枚原子彈以塔爆方式試爆成功。首枚原子彈以塔爆方式試爆成功。2 2、年月日、年月日時，首次時，首次氫彈試爆成功氫彈試爆成功 3 3、從原子彈試爆到氫彈試爆，美國用了年，、從原子彈試爆到氫彈試爆，美國用了年，蘇聯用了年，英國接近年，法國是年多，蘇聯用了年，英國接近年，法國是年多，但是中國只用了年個月但是中國只用了年個月 4 4、年月日上午成功在中央分區、年月日上午成功在中央分區核試驗場羅布泊進行首度中子彈試爆。核試驗場羅布泊進行首度中子彈試爆。 歷史資料歷史資料1 1秦山核電站的功率為秦山核電站的功率為3.03.010105 5KWKW，如果，如果1g1g鈾鈾235235裂裂變時產生的能量為變時產生的能量為 8.28.210101010J J，并且假定所產生，并且假定所產生的能量都變成了電能，那么每年要消耗多少鈾的能量都變成了電能，那么每年要消耗多少鈾235235？（一年按（