物理讲座核物理学.ppt

证明：1u质量对应的能量为931.5MeV碳原子质量的1/12称为原子质量单位，用u表示例解：根据质能关系E=mc2=1.6605×10-27×（3.0×108）=1.49445×10-10（J）=1.46445×10-10/1.602×10-19=0.9315×109=931.5MeV1uc2=931MeV第31页，共59页，星期日，2025年，2月5日中子的质量=1.6749×10－27Kg质子的质量=1.6726×10－27Kg中子和质子的质量和=3.3475×10－27Kg氘核的质量=3.3436×10－27Kg质量差=0.0039×10－27Kg放出的核能ΔE=ΔmC2=Δm/μ931MeV=(0.0039/1.6605)×931=2.1866MeV例求放出的能量。解：第32页，共59页，星期日，2025年，2月5日中子与质子结合生成氘放出2.19MeV的能量，这能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量．如果组成的是6.02×1023个（1摩尔）氘核时，放出的能量就十分可观了。与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5×103J。折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV。两者相差数十万倍。可见核能比化学能强得多。如：1克铀相当于2500吨优质煤。核反应与化学反应能量比较第33页，共59页，星期日，2025年，2月5日92U2350n192U23692U2360n156Ba14436Kr89铀核裂变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，核发生了裂变。哈恩第34页，共59页，星期日，2025年，2月5日铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙（Xe)和锶(Sr),有时裂变为钡（Ba）和氪（Kr）或者锑（Sb）和铌（Nb），同时放出2～3个中子。铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见。讨论其中一个裂变：92235u+01n→3890sr+54136xe+1001n计算可知：反应过程中质量减少了△m=0.1510u.放出核能△E=△mc2=141MeV第35页，共59页，星期日，2025年，2月5日铀核裂变时，同时释放出2～3个中子，如果这些中子再引起其他U235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应。链式反应使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。第36页，共59页，星期日，2025年，2月5日原子弹原理核燃料存在一个临界体积。当体积大于此临界体积时，核反应将得到放大，否则链式反应将终止。临界体积对应的质量称为临界质量。例如铀的临界质量为30磅，钚的临界质量为5磅。原子弹用控制临界体积的方法引发核链式反应。第37页，共59页，星期日，2025年，2月5日枪式内爆式1942年，在奥本海默领导下出色完成美国“曼哈顿”计划，造出世界上第一颗原子弹。第38页，共59页，星期日，2025年，2月5日核电站核电站和原子弹是核裂变能的两大应用，两者机制上的差异主要在于链式反应速度是否受到控制。核反应堆按中子能量可分为：热中子堆和快中子堆。热中子堆：中子能量在0.1eV左右。中子能量在2ｅV左右。快中子，可以使12至16个铀238变成钚239。生产核燃料生产的比消耗的还要多，几乎可以百分之百地利用铀资源，所以各国都在积极开发，现在全世界已有几十座中小型快堆在运行。第39页，共59页，星期日，2025年，2月5日水泥防护层控制棒——镉棒燃料棒—铀棒减速剂（石墨、重水、轻水）慢中子反应堆第40页，共59页，星期日，2025年，2月5日核聚变聚变是核裂变平均每个核子放出能量的四倍。海水中氢与氘的原子数之比约为1:0.000151升海水中的氘核聚变放出的能量相当于燃烧300升汽油所放出的能量。地球上所有海水中的氘可供人类使用数百亿年。核聚变常用氘氚（d+T）或氘氘（d+d反应）d+T：d+d：发生聚变的条件:要使原子核间的距离达到10-15m实现方法:产生高温108～109K。第41页，共59页，星期日，2025年，2月5日氢弹普通炸药Ｕ235氘、氚爆炸裂变聚变弹体引爆装置小型原子弹氘、氚、重氢化钾等铀235外壳普通炸药氢弹是利用原子弹实现高温的。第42页，共59页，星期日，2025年，2月5日第1页，共59页，星期日，202