19.6 重核的裂变

吸收能量 核 反 应 放出能量

核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核 有些轻核结合成中等质量的核

核子平均质量

D EF

AC

B

O

Fe

Z

平均结合能FC

B

E DO

A

核子的平均结合能随质量数的变化

Fe

z

一.核裂变1.核裂变 物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放 出核能的反应叫做核裂变.

2、铀核的裂变 (1)发现 1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手 斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发 生了裂变。 (2)裂变产物235 92

多种多样

U+ n1 0

1 0

→141 561 39 54

Ba +

92 36

Kr +3 n1 0

1 0

235 92

U n 1

Xe Sr 2 n95 38136 54

235 92

U + 0n

Xe +

90 38

Sr + 10 0 n

1

(3)计算铀裂变时释放的能量 已知铀核裂变的反应：235 92

U +0 n 56 Ba +36 Kr + 30 n1 141 92 1-27

m U = 390.3139 10

kg ;

m n = 1.6749 ×10

-27

kg-27

m B a = 234.0016 ×10

-27

kg ;

m kr = 152.6047 ×10

kg

求：该核反应释放能量；

Δm 亏损质量： = (mu+ mn) - (mBa+mKr+3mn)= 0.3578×10-27kg 释放能量： ΔE = Δmc 2 = 201M eV

1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t 优质煤完全燃烧时释放的能量.

3、链式反应(1)定义：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，叫做核裂变的链式反应.

(2)发生链式反应的条件： 铀块的质量大于临界质量，或者铀块的 体积大于临界体积。素的 元 种 35 200 多种 同 位素

发生链式反应

爆 炸

足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1 kg,质量超过1 kg 则发生爆炸。 任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。

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% .

原子弹

中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图

二、核电站——慢中子反应堆水泥防护层控制棒——镉棒

燃料棒—铀棒 减速剂

核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 核电站 减速剂： 石墨、重水或普通水， 用于减小中子的速度 控制棒：镉棒，用于吸收中子， 控制核反应的快慢。 解决能源危机根本途径——核能。 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。

核聚变资源可使用几亿年。

核反应堆通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生 的中子数等于各种过程消

耗的中子数, 以形成所谓的自持

链反应(self-sustaining chain reaction)。

核发电量占总发电比例最多的10个国家是： 法国 75% 立陶宛 73.1% 比利时 57.7% 保加利亚 47.1%

斯洛伐克 47%瑞典 46.8% 乌克兰 43.8% 韩国 42.8%

世界核能发电占全部电量1/4

匈牙利 38.3% 亚美尼亚 36.4%

三、核电的安全性核反应堆的防护措施： 第一道屏障——耐高温腐蚀的陶瓷体燃料芯块 可以把98%以上的裂变产物滞留在芯块内。 第二道屏障——燃料元件包壳 由优质的锆合金制成，具有良好的密封性。 第三道屏障——压力壳 将燃料棒和一回路的水完全罩住，防止燃料元 件包壳少量射线泄漏。 第四道屏障——安全壳 由1m多厚的钢筋混凝土制成，整个核反应堆都 装在安全壳中。

核电站放射性气态废物和液态废物的处理： 采取贮存衰变等方法进行稀释，再排放到指定 的区域。 核电站固体废物的处理： 先在核电站内专用的废物库暂存，然后送到人 烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水 源的放置场永久贮存，一般要存放几百年。

§19.7 核的聚变

一、核聚变