高教版（2021）第二節(jié) 核能 核技術(shù)精品教學(xué)課件ppt

這是一份高教版（2021）第二節(jié) 核能 核技術(shù)精品教學(xué)課件ppt，共34頁(yè)。PPT課件主要包含了輕核聚變，主要內(nèi)容，重核裂變，核能質(zhì)量虧損，中子的發(fā)現(xiàn)，原子核的組成，質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)，＝原子序數(shù)，質(zhì)量數(shù)＝，質(zhì)子數(shù)+等內(nèi)容，歡迎下載使用。
核電站要安裝圓球形的穹頂，你知道是為什么嗎？
原子核的人工轉(zhuǎn)變 原子核的組成
19 世紀(jì) 30 年代初，中子被發(fā)現(xiàn)以后，科學(xué)家就利用它去轟擊各種元素研究核反應(yīng)。1934 年意大利物理學(xué)家費(fèi)米發(fā)現(xiàn)，用慢中子轟擊靶物質(zhì)，更容易引起核反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)很快被各國(guó)科學(xué)家采用，也為核能的利用創(chuàng)造了條件。
盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn)
一、原子核的人工轉(zhuǎn)變
　 （1）用化學(xué)反應(yīng)、加溫、加壓或加電磁場(chǎng)的方法，都無(wú)法改變?cè)雍恕１R瑟福用鐳放射出的α粒子當(dāng)“炮彈”去轟擊氮原子核，第一次使原子核人為地發(fā)生轉(zhuǎn)變。
　 （2）用α 粒子轟擊其他元素，也發(fā)現(xiàn)有質(zhì)子被驅(qū)逐出來(lái)，由此可知，
質(zhì)子是原子核的組成部分。
　 （3）原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象叫做核反應(yīng)。用人為的方法使原子核發(fā)生了轉(zhuǎn)變，這樣的過(guò)程稱(chēng)為人工核反應(yīng)。
二、核反應(yīng)方程式
　　2. 用α 粒子轟擊氮原子核的核反應(yīng)方程式：
　 核反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)都是守恒的。
　　　　　　　　　　　　　　　　　推斷它是一種中性粒子流。
　　　　　　　　　　　　 原子核中除了質(zhì)子外，還有一種質(zhì)量與質(zhì)子相近不帶電的中性粒子存在，并稱(chēng)為中子。
　　1. 1920年盧瑟福預(yù)言：
　　2. 1930年德國(guó)物理學(xué)家博特用α 粒子轟擊鈹時(shí)，產(chǎn)生了一種射線，有極強(qiáng)的貫穿力，認(rèn)為是高能量的γ 射線。
　　3. 1932年英國(guó)物理學(xué)家查德威克對(duì)這種射線進(jìn)行了深入地研究
　?。?）這種射線在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，
推斷它是一種中性粒子流。
　 （3）測(cè)出這種射線粒子的質(zhì)量與質(zhì)子幾乎相等。
　　因此查德威克認(rèn)為：這種粒子就是盧瑟福預(yù)言的中子。
　　用? 粒子轟擊鈹核生成中子的核反應(yīng)方程是：
　 （2）測(cè)出這種射線的速度不到光速的十分之一，
　　 在原子核里，存在著一種比庫(kù)侖力強(qiáng)得多的吸引力，叫做核力，它把核子緊緊地束縛在原子核內(nèi)。
　　1. 原子核的組成 原子核是由質(zhì)子和中子組成的。
　　2.核子 質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子。
　　核力存在于核內(nèi)所有核子之間。
　　核力只在 2.0×10-15 m 的短距離內(nèi)起作用，超過(guò)這個(gè)距離，核力就不復(fù)存在。
　　1. 同位素 具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子互稱(chēng)為同位數(shù)。
具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子，它們核外電子數(shù)相同，因而具有相同的化學(xué)性質(zhì)，屬于同一種元素。
2.放射性同位素 具有放射性的同位素叫做放射性同位素。
用質(zhì)子、氘、中子和 ? 光子轟擊原子核都可以獲得放射性同位素。目前人工制造的放射性同位素已近2 000種。放射性同位素在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和科研等方面都得到廣泛的應(yīng)用。
一、核能
　　鈾核受到中子的轟擊后，分裂成兩個(gè)質(zhì)量相近的“碎塊”，同時(shí)還放出兩個(gè)或三個(gè)中子。
　　伴隨著鈾核的裂變，將有大量的能量放出。還有些核反應(yīng)的發(fā)生，需要吸收巨大的能量。
　　發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，伴隨著巨大的能量變化，這種能量叫做核反應(yīng)能，簡(jiǎn)稱(chēng)核能。
二、質(zhì)能方程　質(zhì)量虧損
　　愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出：一定質(zhì)量的物體，對(duì)應(yīng)一定的能量。物體的能量跟它的質(zhì)量成正比，即
　　這個(gè)公式叫做愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，簡(jiǎn)稱(chēng)質(zhì)能方程。
　 原子核的質(zhì)量比組成它的各個(gè)核子的質(zhì)量之和要小，組成原子核的各個(gè)核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差，叫做核的質(zhì)量虧損。
核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)了質(zhì)量虧損?m，正表明它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過(guò)程中放出了能量?E。例如，中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，質(zhì)量虧損 ?m =0.002 388 u。根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程可知核反應(yīng)時(shí)釋放的能量為
一般情況下，鈾核裂變時(shí)總要釋放出 2~3 個(gè)中子，這些中子又會(huì)引起其他鈾核的裂變，這樣裂變反應(yīng)就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來(lái)越多的能量，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，如右圖所示。
1964 年 10 月 16 日 15 時(shí)，我國(guó)第一顆原子彈在新疆羅布泊爆炸成功（右圖）。我國(guó)是繼美、蘇、英、法之后，第五個(gè)擁有原子彈的國(guó)家。
如圖所示，核反應(yīng)堆一般用鈾棒作為核燃料，用石墨、重水或輕水等作為中子的減速劑，用易于吸收中子的銀、銦、鎘合金制成控制棒，控制裂變反應(yīng)的快慢。
原子彈爆炸時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的快慢是無(wú)法控制的，為了用人工方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能比較平緩地釋放出來(lái)，人們制成了核反應(yīng)堆。
用于發(fā)電的反應(yīng)堆中，壓水反應(yīng)堆是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的堆型，其主要結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示。
我國(guó)的核能開(kāi)發(fā)已進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展的新時(shí)期，截至2020年底，已擁有浙江秦山、廣東大亞灣、廣東嶺澳、江蘇田灣、遼寧紅沿河等19座核電站。
48座在運(yùn)反應(yīng)堆，在運(yùn)核電機(jī)組總裝機(jī)容量約4 800萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量位列全球第三。
在建核電機(jī)組 21 臺(tái)，裝機(jī)容量約為 2 000 萬(wàn)千瓦，在建核電機(jī)組規(guī)模居世界第一。
還有30座核電站正在籌建。
預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)核電裝機(jī)容量將達(dá)到1.5 億千瓦，成為全球最大的核能?chē)?guó)家。
我國(guó)已經(jīng)成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獨(dú)立出口權(quán)的全球最大的裝機(jī)容量為1 400 MW 的非能動(dòng)壓水堆機(jī)組——CAP1400，目前 2 臺(tái)機(jī)組正在山東榮成安裝建設(shè)中。
我國(guó)具有自主三代核電技術(shù)的“華龍一號(hào)”各有 2 臺(tái)機(jī)組正分別在福建福清核電站、廣西防城港核電站安裝建設(shè)中，并且有 2 臺(tái)機(jī)組已經(jīng)走出國(guó)門(mén)，正在巴基斯坦卡拉奇核電站安裝建設(shè)中（下圖）。
安全殼既要內(nèi)部容積巨大，可以容納殼內(nèi)各種設(shè)備的布置和運(yùn)行，又要承受反應(yīng)堆發(fā)生意外事故時(shí)產(chǎn)生的巨大壓力，因此穹頂常被設(shè)計(jì)成蛋形樣式。
與水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電相比，核電也具有核電單機(jī)容量大，運(yùn)行穩(wěn)定，利用小時(shí)數(shù)高，可以作為電網(wǎng)基荷運(yùn)行等明顯的優(yōu)勢(shì)。。
相比核電站消耗的燃料很少，比如：一座百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電站，每年只需要消耗 30 t 左右的濃縮鈾，而同樣功率的火電站，每年卻要消耗 250 萬(wàn)噸左右的煤。與火電相比，核電戰(zhàn)對(duì)環(huán)境的污染很小，所以說(shuō)核能是一種清潔能源。
人們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核時(shí)，能釋放出比裂變更多的能量，人們把這樣的反應(yīng)稱(chēng)為輕核聚變，簡(jiǎn)稱(chēng)聚變。
若想讓輕核發(fā)生聚變，必須要使它們之間的距離小于 10－10 m。由于原子核都是帶正電的，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的電磁斥力。這就需要使原子核具有很大的動(dòng)能。
只有當(dāng)物質(zhì)達(dá)到 1 000 萬(wàn)攝氏度以上的高溫時(shí)，劇烈的熱運(yùn)動(dòng)使得一部分原子核具有足夠的動(dòng)能，才可以克服相互間的電磁斥力，發(fā)生碰撞，產(chǎn)生聚變反應(yīng)。因此，聚變反應(yīng)又稱(chēng)熱核反應(yīng)。
人們利用輕核聚變制造出了比原子的彈威力更大的核武器——?dú)鋸?。氫彈是利用‘了原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫引起熱核反應(yīng)，其威力往往相當(dāng)于數(shù)百個(gè)原子彈。
1967 年 6 月 17 日，如圖是我國(guó)第一顆氫彈爆炸成功的圖片。我國(guó)是世界上第四個(gè)擁有氫彈的國(guó)家，也是世界上研制時(shí)間最短的國(guó)家。
熱核反應(yīng)在宇宙中是很普遍的。太陽(yáng)內(nèi)部和許多恒星內(nèi)部的溫度高達(dá)1 000萬(wàn)攝氏度以上，熱核反應(yīng)在那里激烈地進(jìn)行著。
受控核聚變具有極其誘人的應(yīng)用前景。與核裂變相比，核聚變幾乎不會(huì)帶來(lái)放射性污染等環(huán)境問(wèn)題，而且核聚變所需的原料——?dú)涞耐凰仉梢詮暮Ｋ刑崛?，原料豐富。
要利用核聚變產(chǎn)生的巨大能量為人類(lèi)服務(wù)，則必須設(shè)法控制核聚變反應(yīng)的速度，使能量緩慢地釋放，這就是受控核聚變。
“人造太陽(yáng)”——“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M”。
【技術(shù)·中國(guó)】 我國(guó)的受控核聚變實(shí)驗(yàn)
全超導(dǎo)托卡馬克東方超環(huán)（EAST）
2016年8月16日，我國(guó)成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”（右圖為其等比例模型）發(fā)射升空。
【應(yīng)用與拓展】 量子物理及其應(yīng)用簡(jiǎn)介