人教版九年級物理全冊《核能》能源與可持續(xù)發(fā)展PPT優(yōu)質(zhì)課件下載,共26頁。
核能
我們知道,分子是由原子構(gòu)成的,原子的中心是原子核,原子核周圍有一定數(shù)目的電子在核外運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步的研究表明,原子核還有如圖所示的更精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu):原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子帶正電荷,其電荷量跟電子電荷量相等,中子不帶電;質(zhì)子的質(zhì)量大約是電子的1836倍,質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相同。質(zhì)子和中子構(gòu)成非常小的原子核,就像幾顆豆粒擠在原子這個(gè)大廣場的中央。
質(zhì)子、中子依靠強(qiáng)大的核力緊密地結(jié)合在一起,因此原子核十分牢固,要使它們分裂或結(jié)合是極其困難的。但是,一旦質(zhì)量較大的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較小的原子核相互結(jié)合,就有可能釋放出驚人的能量,這就是核能(nuclear energy)。
裂變
1934年至1938年,科學(xué)家曾先后用中子轟擊質(zhì)量比較大的鈾235原子核,使其發(fā)生裂變,變成兩個(gè)質(zhì)量中等大小的原子核,同時(shí)釋放出巨大的能量。1 kg鈾全部裂變,釋放的能量超過2000 t煤完全燃燒時(shí)釋放的能量。用中子轟擊鈾核,鈾核才能發(fā)生裂變,放出能量。這就好比用火柴點(diǎn)燃木材,木材才能燃燒。假如外界的中子停止轟擊,裂變也就停止了。那么,怎樣才能使裂變繼續(xù)下去呢?
用中子轟擊鈾235原子核,鈾核分裂時(shí)釋放出核能,同時(shí)還會產(chǎn)生幾個(gè)新的中子,這些中子又會轟擊其他鈾核…...于是就導(dǎo)致一系列鈾核持續(xù)裂變,并釋放出大量核能(見右圖)。這就是裂變中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
核電站利用核能發(fā)電,它的核心設(shè)備是反應(yīng)堆(見右圖)。核電站利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的內(nèi)能,通過蒸汽輪機(jī)做功,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。1942年人類利用核反應(yīng)堆第一次實(shí)現(xiàn)了可控制的鈾核裂變。當(dāng)時(shí)的核反應(yīng)堆的功率非常小,大約需要260座這樣的反應(yīng)堆才能點(diǎn)亮一只40 W的燈泡。然而,這是人類利用核能的關(guān)鍵一步。今天,全世界已經(jīng)建成了幾百座核電站,核電發(fā)電量接近全球發(fā)電量的1/5。
核反應(yīng)堆中發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),是可以控制的。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)如果不加控制,大量原子核就會在一瞬間發(fā)生裂變,釋放出極大的能量。原子彈爆炸時(shí)發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),是不加控制的。在人類實(shí)現(xiàn)可控核裂變大約3年后,即1945年,利用不加控制的核裂變制造的毀滅性武器——原子彈爆炸了。
聚變
如果將某些質(zhì)量很小的原子核,例如,氘核(由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子構(gòu)成)與氚核(由一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成),在超高溫下結(jié)合成新的原子核——氦核,也會釋放出巨大的核能(見右圖),這就是聚變,有時(shí)把聚變也稱為熱核反應(yīng)。
氘核、氚核都屬于氫核的一種。大量氫核的聚變,可以在瞬間釋放出驚人的能量。氫彈利用的就是聚變在瞬間釋放的能量。如何實(shí)現(xiàn)可控聚變,如何利用可控聚變釋放的核能,科學(xué)家正在積極地探索著。海水中蘊(yùn)藏著豐富的、可以實(shí)現(xiàn)聚變的氘核?茖W(xué)家預(yù)言,通過可控聚變來利用核能,有望徹底解決人類能源問題。
知識點(diǎn)一:核能的利用
核能:質(zhì)量較大的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較小的原子核相互結(jié)合,就有可能釋放出驚人的能量,這就是核能。
裂變:核裂變又稱核分裂,是一個(gè)原子核分裂成幾個(gè)原子核的變化。
裂變只有一些質(zhì)量非常大的原子核像鈾、釷和钚等才能發(fā)生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個(gè)中子以后會分裂成兩個(gè)或更多個(gè)質(zhì)量較小的原子核,同時(shí)放出二個(gè)到三個(gè)中子和很大的能量,又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變……使過程持續(xù)進(jìn)行下去,這種過程稱作鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。原子核在發(fā)生核裂變時(shí),釋放出巨大的能量稱為原子核能,俗稱原子能。
聚變:核聚變又稱核融合、融合反應(yīng)或聚變反應(yīng)。有時(shí)把聚變也叫作熱核反應(yīng)。核是指由質(zhì)量小的原子,主要是指氘或氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),發(fā)生原子核互相聚合作用,生成新的質(zhì)量更重的原子核(如氦),并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。核聚變是核裂變相反的核反應(yīng)形式。科學(xué)家正在努力研究可控核聚變,核聚變可能成為未來的能量來源。
核能的優(yōu)缺點(diǎn):核能是一種清潔的能源,利用核能發(fā)電不會加重地球的溫室效應(yīng);核燃料體積小,運(yùn)輸與儲存方便;核能發(fā)電的成本中,燃料費(fèi)用所占的比例較低。核能電廠會產(chǎn)生放射性廢料;核能發(fā)電廠熱效率較低,熱污染嚴(yán)重;核能電廠投資成本較大;核電廠如果在事故中處理不當(dāng),放射性廢料會對生態(tài)及民眾造成傷害。
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