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5.4 核裂变与核聚变
第五章 原子核
问题导入
较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢
一、核裂变的发现
重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程，叫做核裂变
1. 裂变
哈恩1879—1968，德国放射化学家和物理学家获1944年诺贝尔化学奖
1938年，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现，生成物中有原子序数为56的元素钡。
奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此给出了解释：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为核裂变（nuclear fission）。
质量数守恒
电荷数守恒
铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪（铀236为中间过程，不稳定），同时放出3个中子，核反应方程是
2. 链式反应
由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，称为核裂变的链式反应。
三分裂
四分裂
概率：
钱三强、何泽慧夫妇发现三分裂、四分裂
3. 链式反应的条件
思考：随便一个中子撞击，铀核都会产生核反应吗？
①保证铀235的纯度
杂质
②保证铀块的大小
通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为临界体积，把相应的质量称为临界质量。
4. 核裂变的标准煤
一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!
=
拓展学习
原子弹
原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够释放大量核能，发生猛烈爆炸。
二、反应堆与核电站
1. 核反应堆
①铀棒
：浓缩铀作为燃料棒，
铀棒越多，反应的速率就越快。
铀棒
②镉棒：
吸收中子
，控制反应速率
③慢化剂：
使中子变为慢中子，易吸收
（石墨，重水和轻水）
镉棒
④水泥防护层：
防止辐射
水泥防护层
2. 核电站
①消耗的核燃料少
②污染小
三、核聚变
核裂变：一个重核
两个质量中等的原子核
两个轻核
一个质量较大的核
核聚变：
①轻核聚变产能效率高
②燃料氘和氚储量丰富
③无废料，更安全、清洁
1. 核聚变的条件
10-15m
核力
库伦斥力
动能大
办法：
加热到几百万开尔文
→温度越高，分子热运动越剧烈
（热核反应）
热核反应一旦发生，就不再续约外界给它能量，靠自身产生的热就会反应继续下去。
2. 核聚变的例子
太阳的能量来自热核反应
用于制造氢弹
①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。
②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
磁约束：带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。
3. 实现核聚变的方法
托卡马克（环流器）磁约束装置
①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。
②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
惯性约束：由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性
还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各
个方向照射参加反应的物质，
使它们“挤”在一起发生反应。
3. 实现核聚变的方法
惯性约束聚变激光
国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，耗资50亿美元（1998年值）。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。2003年1月，国务院批准我国参加ITER计划谈判，2006年5月，经国务院批准，中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER
计划协定。这七方包括了全世
界主要的核国家和主要的亚洲
国家，覆盖的人口接近全球一半。
3. 实现核聚变的方法

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