第二节核能核技术.ppt
第二节 核能 核技术,什么是核反应，怎样才能获得核能？,？,一、核能质量亏损,显微镜,放射源,P,铝箔,荧光屏,1919年卢瑟福用镭放射出的a 粒子轰击氮原子核，发现了质子，是人类第一次用人工的方法使原子核发生转变。,1 核反应：原子核被天然放射粒子或人工加速粒子轰击而转变成另一种原子核的过程叫做核反应。,在核反应中，核电荷数和质量数是守恒的。,2核能：核反应中释放出的能量称为核能。,美国在1945年研制成世界上最早的利用核反应释放核能而爆炸的三颗原子弹，一颗用于试验，一颗于1945年8月6日投于日本的广岛，另一颗于8月9日投于日本的长崎。,上图为1945年8月9 日投于日本长崎的原子弹爆炸时、爆炸后的情景。,1964年10月16号15时，在新疆罗布泊戈壁滩上，我国第一颗原子弹爆炸成功。,我国在1967年，研制的第一颗氢弹爆炸成功。右图是第一颗氢弹爆炸时的照片。,由于原子核内核子间存在着强大的核力，所以原子核是一个坚固的集合体。要把所有原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，或者说需要巨大的能量。,为什么原子弹爆炸有如此大的威力？,？,例如，用强大的g射线照射氘核，可以使它分裂为质子和中子，即,核反应方程,从实验知道，只有当光子能量大于2.22MeV（兆电子伏）时，这个反应才会发生。如果是相反的过程，一个中子和一个质子结合成氘核，就要放出相同的能量。,氘核由一个质子和一个中子组成。,已知：质子的质量 mH=1.007 276 u,中子的质量 mn=1.008 665 u,1u=1.660 56510-27 kg，称为一个原子质量单位。,质子和中子的质量和,mH+mn=2.015 941 u,一个氘核的质量为,mD=2.013 553 u,氘核的质量减少,Dm=(mH+mn)-mD=0.002 388 u=3.96510-30 kg,实验指出：原子核的质量总是小于组成它的质子和中子的质量之总和。,3质量亏损：核子结合成原子核时质量减少的现象叫做质量亏损。,核子结合成原子核时亏损的质量到哪去了？,？,爱因斯坦首先提出质量亏损的理论,爱因斯坦在相对论中指出，物质的质量和能量间存在着正比关系。,4质能关系式,m物质的质量E物质对应的能量c真空中的光速,根据质能关系，物质的质量变化m与能量变化DE也存在着正比对应关系，即,可见，核子结合成原子核时亏损的质量转化成了能量，即核能。,在原子核里蕴藏着巨大的能量。用什么方法才能使原子核释放核能呢？,？,二、重核裂变轻核聚变,1重核裂变：质量大的重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做重核裂变。,例如，铀核裂变。铀核受到中子的轰击后，一般分裂成两个质量相近的中等质量的原子核，同时还放出23个中子。,可以放出201MeV的能量。,2链式反应：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。,发生链式反应必须具备的条件：,要有足够浓度的铀235；要有足够数量的慢中子；铀块的体积要足够大。,如果没有能量损失，或损失少，链式反应连续下去，反应逐渐增强，最后成为爆炸性的。这就是制造原子弹的原理。,怎样才能控制链式反应的速度，使核能为人类服务？,？,3核反应堆：人工控制链式反应的装置叫做核反应堆。,核反应堆的主要组成：,（5）水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。,（1）核燃料用浓缩铀。,（2）减速剂用石墨或重水。,（3）控制棒用镉做成。,（4）冷却剂用水或液态钠。,重水反应堆构造示意图,除了用重核裂变获得巨大核能，还有没有其他获得核能的方法？,？,例如，一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核，释放出17.6 MeV的能量。,1 kg 的氘和氚聚变成较重的氦原子核时放出的聚变能量相当于 4 kg 的铀完全裂变时放出的能量。,4轻核聚变：轻核结合成质量较大的核时释放出核能的反应叫做轻核聚变，简称聚变。,发生轻核聚变应具备的条件：反应物被加热到几百万摄氏度的高温时，原子核就可以具有很大动能，从而发生核聚变反应。,热核反应：在极高温度（108109 K）下进行的聚变反应叫热核反应。,在太阳内部不断进行着四个质子聚变成一个氦核的热核反应，同时放出大量能量。上图是1991 年日全食时太阳的圆盘。,氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应。它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需的高温。,位于我国浙江省的秦山核电站,5核电站：核电站就是利用一座或若干座核反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。,位于我国深圳的大亚湾核电站,大亚湾核电站近景,核蒸汽供应系统（一回路系统）,控制棒,液压器,蒸汽变压器,反应堆,核燃料,压力壳,主泵,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,汽轮机发电系统（二回路系统）,压水反应堆,小结,本节了解了核反应、质量亏损、质能方程和链式反应等核物理方面的知识；了解到重核裂变和轻核聚变过程中会释放核能；初步了解了核电站的工作原理。,随堂练习,爱因斯坦的质能关系是_。,
