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1、关于原子核的结合能(3)现在学习的是第1页，共25页 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现在学习的是第2页，共25页原子结合能的计算原子结合能的计
2、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现在学习的是第3页，共25页例：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现在学习的是第4页，共25页表表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)核核原子核的结合能原子核的结合能原子核
3、的结合能原子核的结合能现在学习的是第5页，共25页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现在学习的是第6页，共25页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8.79MeV8.47MeV8.75MeVb.b.轻核和重核的核子平均结合能都
4、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现在学习的是第7页，共25页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.大多数中等质大多数中等质量的核，比结合量的核，比结合能较大且近似相能较大且近似相等等(都在都在8MeV8MeV左左右右)。这说明中。这说明中等质量的核最稳等质量的核最稳定。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现在学习的是第8页，共25页第二种方法是轻核聚变。第二种方法是轻核聚变。因此，要利用原子核的结合能，必须从自然界中因此，要利用原子核的结
5、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-(A-Z)Z)中子结合起来组成中等质量的核，这样放出的结合能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核是不现最多。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，即便得到了一些，自由实的，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。中子的半衰期也较短。原子核的结合能原子核的结合能原子核的结合能原子
6、核的结合能现在学习的是第9页，共25页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现在学习的是第10页，共25页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现在学习的是第11页，共25页质量较大的原子核（重核）在一定条件上分裂为质量较大的原子核（重核）在一定条件上分裂为两个或多个中等质量的原子核。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现在学习的是第12页，共25页 裂变后形成的中等质量的核具有过多的中子，由于中裂变后形成的中等质量的核具有过多的中子，由
7、于中子具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定的。它子具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定的。它们通过一系列的们通过一系列的 衰变，放射性的中等质量的核才转化为衰变，放射性的中等质量的核才转化为稳定核。稳定核。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。重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变现在学习的是第13页，共25页重核的裂变重核的
8、裂变重核的裂变重核的裂变现在学习的是第14页，共25页 受控热核反应：受控热核反应：如果在受控条件下，每次裂变平均只如果在受控条件下，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，这就是核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。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
9、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现在学习的是第15页，共25页原子弹：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：不需外界干预，自身可持续进行的核裂变链式反应。行的核裂变链式反应。重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的裂变现在学习的是第16页，共25页重核的裂变重核的裂变重核的裂变重核的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现在学习的是第17页，共25
10、页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现在学习的是第18页，共25页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现在学习的是第19页，共25页两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件上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。聚合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。上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。现在学习的是第20页，共25页 从上式可知，电势能随着原子序数的增大而增从上式可知，电
11、势能随着原子序数的增大而增大，对原子序数大的重核，电势能大而不易被克服；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核聚变。仅对于原子序数小的轻核才能发生核聚变。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现在学习的是第21页，共25页 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
12、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现在学习的是第22页，共25页氢弹氢弹：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现在学习的是第23页，共25页氢弹氢弹：利用氘、氚（氢的利用氘、氚（氢的同位素）等轻原子核的聚同位素）等轻原子核的聚变反应原理制成的核武器变反应原理制成的核武器通常称为氢弹。通常称为氢弹。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现在学习的是第24页，共25页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第25页，共25页