裂變與聚變物理教案

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教學(xué)目標(biāo)

1.知道重核的裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng).

2.知道什么是聚變.

3.知道核反應(yīng)堆和核電站。

4、通過介紹我國核電站的發(fā)展，對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育。

5、通過介紹放射性污染和防護(hù)，進(jìn)行環(huán)保教育。

6、了解聚變反應(yīng)的特點，知道可控?zé)岷朔磻?yīng)。

7、知道熱核反應(yīng)的區(qū)別及優(yōu)越性。

8、通過介紹我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面成就，對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育。

課題引入

1、核反應(yīng)有些釋放能量，有些吸收能量，人們想利用核能，當(dāng)然必須選那些釋放核能的核反應(yīng)。什么樣的核反應(yīng)能釋放核能呢？利用天然放射性放射性元素的衰變行嗎？例如

U238在α衰變時放出的α粒子具有4.18MeV的能量，但它的半衰期很長，達(dá)4.49億年，衰變非常緩慢，功率太小。利用人工轉(zhuǎn)變行嗎？例如

①可放出能量5.6MeV；

②可放出能量4.8MeV；

但粒子擊中原子核的概率太低，只有百萬分之一、二。實在得不償失！有哪些核反應(yīng)才真正具有實用價值呢？

2、說明有些重核分裂成中等質(zhì)量的核，有些輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的核都能發(fā)生質(zhì)量虧損放出巨大能量。物理學(xué)中，把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)叫裂變，把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)叫聚變。本節(jié)（包括課本第六節(jié)、第七節(jié)）介紹裂變和聚變。

重難點分析

1、裂變和聚變

精確的研究表明原子核中核子的平均質(zhì)量跟原子序數(shù)的關(guān)系，如人教社教材中圖24-11所示，這個圖線是解釋那些核反應(yīng)釋放能量的根據(jù)。這個圖線表達(dá)了原子核組成的重要規(guī)律。按圖線分析可知，怎樣的反應(yīng)有質(zhì)量虧損是釋放能量的，從而明確：裂變是重核分裂為質(zhì)量較小的核，釋放核能的反應(yīng)；聚變是輕核結(jié)合為質(zhì)量較大的核釋放出核能的反應(yīng).

2、鈾核的裂變

鈾核的裂變，一般分裂為兩個中等質(zhì)量的核，叫二分裂，產(chǎn)物是多種多樣的，一種典型的反應(yīng)如下述核反應(yīng)方程所示：

（也有三分裂、四分裂現(xiàn)象，但出現(xiàn)的概率極低，約為二分裂的千分之三和萬分之三。）

這個核反應(yīng)的結(jié)果中，又釋放出2-3個中子，這些中子又會引起其他原子核的裂變，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使裂變繼續(xù)下去。當(dāng)然維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是要有一定條件的，這個條件是，每次裂變產(chǎn)生的中子，至少平均有一個能再度引起裂變反應(yīng)。這些中子，有的可能被雜質(zhì)吸收，有可能穿出裂變物質(zhì)體外，因而不能引起新的裂變發(fā)生。為維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)要減少裂變物質(zhì)中的雜質(zhì)，增大裂變物質(zhì)的體積。可以簡單介紹臨界體積、臨界質(zhì)量的概念，純U235球形的直徑約4.8cm就達(dá)到了臨界體積，其臨界質(zhì)量大約1kg左右.

根據(jù)質(zhì)能方程可以計算出上述裂變反應(yīng)釋放的能量為201MeV.鈾核的每個核子平均釋放約1MeV.

3、核電站

利用核能發(fā)電的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆.核反應(yīng)堆是用人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置，教學(xué)中要重點講述用人工方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度的原理。其構(gòu)造可利用掛圖，分五部分予以介紹.

（1）鈾棒.由濃縮鈾制成，作為核燃料

（2）減速劑：常用的減速劑有石墨、重水等，使裂變中產(chǎn)生的快中子（能量在0.1-20MeV，平均約為2MeV）減速為慢中子（能量約為MeV），因為鈾235裂變需要的是慢中子，只有通過減速，才能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行.

（3）控制棒：用鎘制成.鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，調(diào)節(jié)鎘棒插入的深度，改變吸收中子的數(shù)量，達(dá)到控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度的目的.

（5）冷卻劑，常用水，液體鈉等，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能傳出去用以發(fā)電，同時降溫，保證安全.

4、聚變

聚變時平均每個核子釋放的能量是裂變時的3-4倍（可以通過質(zhì)能方程計算一下：

釋放17.6MeV平均每個核子釋放3.52MeV）

產(chǎn)生輕核聚變的條件是高溫。必須使輕核具有很大的動能，才能使它們接近到10－15m發(fā)生聚變.

熱核反應(yīng)和裂變反應(yīng)相比，具有許多優(yōu)越性。熱核反應(yīng)釋放能量比裂變反應(yīng)大的多；熱核反應(yīng)產(chǎn)生放射性物質(zhì)處理起來比裂變反應(yīng)產(chǎn)生放射性物質(zhì)容易；熱核反應(yīng)用的氘，儲量豐富。

我國自行研制可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置"中國環(huán)流一號"于1984年9月啟動。具有國際先進(jìn)水平的可控?zé)岷朔磻?yīng)實驗裝置"HT-T超導(dǎo)托卡馬克"于1994年安裝成功，標(biāo)志我國在研究可控?zé)岷朔磻?yīng)方面具有一定的實力。

鞏固小結(jié)