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1、关于原子核的结合能(3)第1页，讲稿共25张，创作于星期日 质子和中子组成核的过程中，有能量质子和中子组成核的过程中，有能量 E E释释放出来。反之，要使原子核再分解为单个的放出来。反之，要使原子核再分解为单个的质子和中子就必须吸收质子和中子就必须吸收 E E的能量。的能量。氘核吸收氘核吸收 E E能量后分解为质子和中子能量后分解为质子和中子 E氘氘质子质子中子中子 E=(E=(m)cm)c2 2=Zm=Zmp p+(A-Z)m+(A-Z)mn n-m-mX Xcc2 2原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能爱因斯坦爱因斯坦第2页，讲稿共25张，创作于星期日原子结合能的计算原
2、子结合能的计算一原子质量单位一原子质量单位具有能量具有能量质子质量质子质量中子质量中子质量核子平均结合能核子平均结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能第3页，讲稿共25张，创作于星期日例：例：核子平均结合能核子平均结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能第4页，讲稿共25张，创作于星期日表表20-3 20-3 原子核的结合能原子核的结合能核子的核子的比结合能比结合能(MeV(MeV)原子核的原子核的结合能结合能 E(MeV)E(MeV)核核核子的核子的比结合能比结合能(MeV(MeV)原子核的原子核的结能结能 E(MeV)E(MeV)核核原子核的结
3、合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能第5页，讲稿共25张，创作于星期日核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。原子核的结合能非常大，所以一般原子核原子核的结合能非常大，所以一般原子核都是非常稳定的系统。然而，不同原子核的稳都是非常稳定的系统。然而，不同原子核的稳定程度不同。定程度不同。每个核子的平均结合能称为比结合能：每个核子的平均结合能称为比结合能：原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能第6页，讲稿共25张，创作于星期日a.中等质量原子核的核子平均结合能较大中等质量原子核的核子平均结合能较大8.79MeV8.47MeV8.75MeV
4、b.b.轻核和重核的核子平均结合能都较小轻核和重核的核子平均结合能都较小2.83MeV7.5MeV7.56MeV原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能第7页，讲稿共25张，创作于星期日a.最轻和最重最轻和最重的核的比结合的核的比结合能较小。能较小。b.b.大多数中等大多数中等质量的核，比质量的核，比结合能较大且结合能较大且近似相等近似相等(都在都在8MeV8MeV左右左右)。这。这说明中等质量的说明中等质量的核最稳定。核最稳定。原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能第8页，讲稿共25张，创作于星期日第二种方法是轻核聚变。第二种方法是轻核聚变。因此，要利用原子
5、核的结合能，必须从自然界中因此，要利用原子核的结合能，必须从自然界中存在的原子核来考虑。存在的原子核来考虑。方法有二：方法有二：第一种方法是重核裂变；第一种方法是重核裂变；要利用核能，理论上是把自由状态的要利用核能，理论上是把自由状态的Z Z个质子和个质子和(A-Z)(A-Z)中子结合起来组成中等质量的核，这样放出的中子结合起来组成中等质量的核，这样放出的结合能最多。但实际上，用质子和中子直接组成中等结合能最多。但实际上，用质子和中子直接组成中等核是不现实的，因为自由中子不易得到，即便得到了核是不现实的，因为自由中子不易得到，即便得到了一些，自由中子的半衰期也较短。一些，自由中子的半衰期也较短
6、。原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能第9页，讲稿共25张，创作于星期日2.2.2.2.重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变裂裂 变变原子弹爆炸原子弹爆炸第10页，讲稿共25张，创作于星期日裂裂变变产产物物百百分分数数裂变的产物分布曲线裂变的产物分布曲线重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变第11页，讲稿共25张，创作于星期日质量较大的原子核（重核）在一定条件上分裂质量较大的原子核（重核）在一定条件上分裂为两个或多个中等质量的原子核。为两个或多个中等质量的原子核。裂变：裂变：重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变第12页，讲稿共25张，创作于星期日 裂变后形成的中等
7、质量的核具有过多的中子，由于中子裂变后形成的中等质量的核具有过多的中子，由于中子具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定的。它们通过具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定的。它们通过一系列的一系列的 衰变，放射性的中等质量的核才转化为稳定衰变，放射性的中等质量的核才转化为稳定核。核。用能量为用能量为1eV1eV以下的慢中子轰击铀核时，铀核会分裂为两以下的慢中子轰击铀核时，铀核会分裂为两个质量相近的中等质量的核，同时放出一至三个快速中子。这个质量相近的中等质量的核，同时放出一至三个快速中子。这种重核分裂为中等质量核的过程称为重核的裂变。种重核分裂为中等质量核的过程称为重核的裂变。重核的裂变重核
8、的裂变重核的裂变重核的裂变第13页，讲稿共25张，创作于星期日重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变第14页，讲稿共25张，创作于星期日 受控热核反应：受控热核反应：如果在受控条件下，每次裂变平均如果在受控条件下，每次裂变平均只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反应，这只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反应，这就是核反应堆中的情况。就是核反应堆中的情况。原子弹：原子弹：铀核裂变时放出巨大的能量，同时能铀核裂变时放出巨大的能量，同时能放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别的放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别的铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数目将按铀核吸收，又引
9、起新的裂变，这样，裂变的数目将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应，这就是指数规律增大，结果形成一发散的链式反应，这就是原子弹中发生的情况。原子弹中发生的情况。重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变第15页，讲稿共25张，创作于星期日原子弹：原子弹：利用铀、钚原子核的自持核裂变链式反利用铀、钚原子核的自持核裂变链式反应原理制成的武器应原理制成的武器自持核裂变链式反应自持核裂变链式反应：不需外界干预，自身可持续进行：不需外界干预，自身可持续进行的核裂变链式反应。的核裂变链式反应。重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变第16页，讲稿共25张，创作于星期日重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的
10、裂变原子弹爆炸原子弹爆炸冲击波冲击波光辐射光辐射核电磁脉冲核电磁脉冲第17页，讲稿共25张，创作于星期日重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变早期核辐射早期核辐射放射性沾染放射性沾染第18页，讲稿共25张，创作于星期日3.3.3.3.氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变氢弹爆炸氢弹爆炸托克马克装置托克马克装置第19页，讲稿共25张，创作于星期日两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件上聚合两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件上聚合为质量较大的原子核。为质量较大的原子核。聚变：聚变：3.3.3.3.氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。上述反应都需
11、要超高温条件，称为热核反应。第20页，讲稿共25张，创作于星期日 从上式可知，电势能随着原子序数的增大从上式可知，电势能随着原子序数的增大而增大，对原子序数大的重核，电势能大而不而增大，对原子序数大的重核，电势能大而不易被克服；仅对于原子序数小的轻核才能发生易被克服；仅对于原子序数小的轻核才能发生核聚变。核聚变。两个原子核互相接近产生聚变反应时，两个原子核互相接近产生聚变反应时，由于原子核间存在很大的库仑斥力，原子核由于原子核间存在很大的库仑斥力，原子核碰撞动能必须克服两原子核间的电势能碰撞动能必须克服两原子核间的电势能 。氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变第21页，讲稿共25张，创作于
12、星期日 最重要的聚变过程之一是最重要的聚变过程之一是碳氮循环碳氮循环，其循环，其循环结果是把四个质子结合成一个氮核：结果是把四个质子结合成一个氮核：这个过程中释放的能量约为这个过程中释放的能量约为26.7MeV26.7MeV氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变第22页，讲稿共25张，创作于星期日氢弹氢弹：利用氘、氚（氢的同利用氘、氚（氢的同位素）等轻原子核的聚变反位素）等轻原子核的聚变反应原理制成的核武器通常称应原理制成的核武器通常称为氢弹。为氢弹。氢弹反应式氢弹反应式氢弹结构示意图氢弹结构示意图氢弹结构示意图氢弹结构示意图氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变第23页，讲稿共25张，创作于星期日氢弹氢弹：利用氘、氚（氢的同利用氘、氚（氢的同位素）等轻原子核的聚变反位素）等轻原子核的聚变反应原理制成的核武器通常称应原理制成的核武器通常称为氢弹。为氢弹。氢弹反应式氢弹反应式氢弹结构示意图氢弹结构示意图氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变氢核的聚变第24页，讲稿共25张，创作于星期日感感谢谢大大家家观观看看第25页，讲稿共25张，创作于星期日