核裂变与核聚变.ppt

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1、核裂变与核聚变核裂变核聚变核裂变核裂变(Nuclearfission)又称核分裂，是一个原子核分裂成几个原子核的变化。核裂变只有一些质量非常大的原子核像铀(yóu)、钍(tǔ)等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核接着发生核裂变……，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量称为原子核能，俗称原子能。1吨铀-235的全部核的裂变将产生20,000兆瓦小时的能量(

2、足以让20兆瓦的发电站运转1,000小时)，与燃烧300万吨煤释放的能量一样多。另见裂变和聚变。铀裂变在核电厂最常见，加热后铀原子放出2到4个中子，中子再去撞击其它原子，从而形成链式反应而自发裂变。撞击时除放出中子还会放出热，再加快撞击，但如果温度太高，反应炉会熔掉，而演变成反应炉融毁造成严重灾害，因此通常会放控制棒（硼制成）去吸收中子以降低分裂速度。一个重原子核分裂成为两个（或更多个）中等质量碎片的现象。按分裂的方式裂变可分为自发裂变和感生裂变。自发裂变是没有外部作用时的裂变，类似于放射性衰变，是重

3、核不稳定性的一种表现；感生裂变是在外来粒子（最常见的是中子）轰击下产生的裂变。核裂变是在1938年发现的，由于当时第二次世界大战的需要，核裂变被首先用于制造威力巨大的原子武器——原子弹。原子弹的巨大威力就是来自核裂变产生的巨大能量。目前，人们除了将核裂变用于制造原子弹外，更努力研究利用核裂变产生的巨大能量为人类造福，让核裂变始终在人们的控制下进行，核电站就是这样的装置。1934年，E.费密等人用中子照射铀，企图使铀核俘获中子，再经过β衰变得到原子序数为93或更高的超铀元素，这引起了不少化学家的关注。在

4、1934～1938年间，许多人做了这种实验，但是不同的研究者得到了不同的结果，有的声称发现了超铀元素，有的却说得到了镭和锕。1938年，O.哈恩和F.斯特拉斯曼做了一系列严格的化学实验来鉴别这些放射性产物，结论是：所谓的镭和锕实际上是原子量远比它们为小的镧和钡。对这种现象，只有假设原子核分裂为两个或两个以上的碎块才能给予解释。这种分裂过程被称为裂变。1939年L.迈特纳和O.R.弗里施首先建议用带电液滴的分裂来解释裂变现象。同年N.玻尔和J.A.惠勒在原子核液滴模型和统计理论的基础上系统地研究了原子核

5、的裂变过程，奠定了裂变理论的基础。1940年，K.A.彼得扎克和Γ.Η.弗廖罗夫观察到铀核会自行发生裂变，从而发现了一种新的放射性衰变方式──自发裂变。1947年，钱三强等发现了三分裂（即分成三个碎片，第三个可以是α粒子，也可以是和另外两个碎片质量相近的碎片）。1955年，A.玻尔根据原子核的集体模型提出了裂变道的概念，把裂变理论推进了一步。1962年，С.М.波利卡诺夫等发现了自发裂变同质异能态。1967年，B.M.斯特鲁金斯基提出了在液滴模型基础上加壳修正的“宏观-微观”方法,导出了双峰裂变势垒，

6、这是裂变研究史上的又一新成果。裂变释放能量是因为原子核中质量－能量的储存方式以铁及相关元素(见核合成)的核的形态最为有效。从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以，重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。然而，很多这类重元素的核一旦在恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发)，它们却是很稳定的。不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触发裂变。

7、由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质(如铀-235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原子弹(实际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量释放过程。对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。对于核反应堆，反应进行的速率用插入铀(或其他放射性物质)堆的可吸收部分中子的物质来控制，使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变

8、。核裂变所释放的高能量中子移动速度极高(快中子)，因此必须通过减速，以增加其撞击原子的机会，同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂将高能量中子速度减慢，变成低能量的中子(热中子)。商营核反应堆普遍采用普通水、石墨和较昂贵的重水作为慢化剂。核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别