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裂变、聚变

2019-06-10 06:18:21??责任编辑:??来源:??点击数:

裂变、聚变
教学目标
1.知道重核的裂变和链式反应.
2.知道什么是聚变.
3.知道核反应堆和核电站。
4、通过介绍我国核电站的发展,对学生进行爱国主义教育。
5、通过介绍放射性污染和防护,进行环保教育。
6、了解聚变反应的特点,知道可控热核反应。
7、知道热核反应的区别及优越性。
8、通过介绍我国在可控热核反应方面成就,对学生进行爱国主义教育。
课题引入
1、核反应有些释放能量,有些吸收能量,人们想利用核能,当然必须选那些释放核能的核反应。什么样的核反应能释放核能呢?利用天然放射性放射性元素的衰变行吗?例如
U 238在α衰变时放出的α粒子具有4.18MeV的能量,但它的半衰期很长,达4.49亿年,衰变非常缓慢,功率太小。利用人工转变行吗?例如
① 可放出能量5.6MeV;
② 可放出能量4.8MeV;
但粒子击中原子核的概率太低,只有百万分之一、二。实在得不偿失!有哪些核反应才真正具有实用价值呢?
2、说明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都能发生质量亏损放出巨大能量。物理学中,把重核分裂成质量较小的核,释放出核能的反应叫裂变,把轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反应叫聚变。本节(包括课本第六节、第七节)介绍裂变和聚变。
重难点分析
1、裂变和聚变
精确的研究表明原子核中核子的平均质量跟原子序数的关系,如人教社教材中图24-11所示,这个图线是解释那些核反应释放能量的根据。这个图线表达了原子核组成的重要规律。按图线分析可知,怎样的反应有质量亏损是释放能量的,从而明确:裂变是重核分裂质量较小的核,释放核能的反应;聚变是轻核结合质量较大的核释放出核能的反应.
2、铀核的裂变
铀核的裂变,一般分裂两个中等质量的核,叫二分裂,产物是多种多样的,一种典型的反应如下述核反应方程所示:
(也有三分裂、四分裂现象,但出现的概率极低,约二分裂的千分之三和万分之三。)
这个核反应的结果中,又释放出2-3个中子,这些中子又会引起其他原子核的裂变,形成链式反应,使裂变继续下去。当然维持链式反应是要有一定条件的,这个条件是,每次裂变产生的中子,至少平均有一个能再度引起裂变反应。这些中子,有的可能被杂质吸收,有可能穿出裂变物质体外,因而不能引起新的裂变发生。维持链式反应要减少裂变物质中的杂质,增大裂变物质的体积。可以简单介绍临界体积、临界质量的概念,纯U235球形的直径约4.8cm就达到了临界体积,其临界质量大约1kg左右.
根据质能方程可以计算出上述裂变反应释放的能量201MeV. 铀核的每个核子平均释放约1MeV.
3、核电站
利用核能发电的核心设施是核反应堆. 核反应堆是用人工控制链式反应的装置,教学中要重点讲述用人工方法控制链式反应速度的原理。其构造可利用挂图,分五部分予以介绍.
(1)铀棒. 由浓缩铀制成,作核燃料
(2)减速剂:常用的减速剂有石墨、重水等,使裂变中产生的快中子(能量在0.1-20MeV,平均约2MeV)减速慢中子(能量约 MeV),因铀235裂变需要的是慢中子,只有通过减速,才能维持链式反应的进行.
(3)控制棒:用镉制成. 镉吸收中子的能力很强,调节镉棒插入的深度,改变吸收中子的数量,达到控制链式反应速度的目的.
(5)冷却剂,常用水,液体钠等,在反应堆内外循环流动,把反应堆产生的热能传出去用以发电,同时降温,保证安全.
4、聚变
聚变时平均每个核子释放的能量是裂变时的3-4倍(可以通过质能方程计算一下:

释放17.6MeV平均每个核子释放3.52MeV)
产生轻核聚变的条件是高温。必须使轻核具有很大的动能,才能使它们接近到10-15m发生聚变.
热核反应和裂变反应相比,具有许多优越性。热核反应释放能量比裂变反应大的多;热核反应产生放射性物质处理起来比裂变反应产生放射性物质容易;热核反应用的氘,储量丰富。
我国自行研制可控热核反应装置"中国环流一号"于1984年9月启动。具有国际先进水平的可控热核反应实验装置"HT-T超导托卡马克"于1994年安装成功,标志我国在研究可控热核反应方面具有一定的实力。
巩固小结


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