放出的能量大约是1千克标准煤完全燃烧所放出能量的2.5×106(250万)倍。由此可知,裂变是获得大量核能的重要途径。
板书:链式反应
教师展示链式反应挂图并讲述:
用中子轰击铀核,才能使铀核发生裂变,放出能量。如果外界的中子停止轰击,裂变也就停止。然而实验表明,铀核分裂时,还同时放出2~3个中子,这一点的意义特别重要。因为放出的中子,又可以轰击其它铀核,使它们也发生裂变。这些铀核分裂时,同样放出中子,从而引起更多的铀核发生裂变。于是裂变反应便会链锁式地自行持续下去。这种现象叫做链式反应。
如果对裂变的链式反应不加控制,在极短时间(约百万分之几秒)会释放出大量核能,发生猛烈爆炸,原子弹就是根据这个原理制成的。
让学生看教材上我国第一颗原子弹爆炸后引起蘑菇状烟云的示意图(说明:原子弹爆炸时,立刻发出强烈的闪光,可照亮100千米以内的天空和地面,闪光后,天空出现一个火球,并迅速上升。火球冷却后变成褐色烟云,同时地面上升起的尘土和烟柱一起形成可上升到15千米高空的蘑菇状烟云。原子弹爆炸时还发出极其强烈的爆炸声,几十千米以外也可听到)。
讲述:为便于和平利用核能,必须控制链式反应的速度,使核能缓慢而又平稳地释放出来。为此,人们制成了一种专门装置。
板书:核反应堆--能缓慢、平稳地释放核能的装置。
让学生看教材上我国第一座核反应堆外貌图(彩图,说明:建造核反应堆,对材料、技术、安全防护设施等都有很高、很严的要求。不但需要解决很多核物理问题,也要求材料科学、电子学、自动控制学等解决许多困难问题。能自行设计、制造核反应堆,表明我国在这一高科技领域取得了重大成就,为和平利用核能创造了必要的条件)。
板书:聚变--获得大量核能的另一重要途径
讲述:科学家们发现,某些质量较小的原子核结合成质量较大的原子核时,也能释放出核能,这种现象叫做核聚变,简称聚变。
让学生看教材上一个氘(dao)核和一个氚(chuan)核结合成一个氦核的聚变反应示意图(说明:一个氘核由一个质子和一个中子组成,一个氚核由一个质子和二个中子组成,它们发生聚变反应结合成由二个质子和二个中子组成的氦核时,要放出一个中子,并释放出核能).
氘核和氚核聚变时放出的能量要比等量的铀核裂变时放出的能量大几倍.
聚变需要在几百万摄氏度的高温下才能发生,因此聚变又叫热核反应.
自然界中,太阳内部的温度高达摄氏1千万度以上,在那里就进行着大规模的聚变反应.太阳辐射出的光和热,正是由聚变反应释放的核能转化而来的.可以说,地球上的人类每天都享用着聚变释放出的能量.
前面讲过,原子弹是利用重核裂变现象制成的.而另一种威力更大的核武器--氢弹,则是利用轻核聚变现象制成的.
人们现在还不能有效地使聚变在人工控制下进行,从而和平利用聚变释放的核能.由于聚变不但放出的能量更多,而且所使用的原料来源也极为丰富,可以从海水中提取.例如,从几升海水中提出的氘在发生聚变后可以提供相当于燃烧1千多升石油放出的能量.因此,目前世界上许多国家都在积极研究核聚变的人工控制(通常又叫可控或受控热核反应)这一非常吸引人的重大课题,并取得了进展.(注:值得一提的是,1991年,欧洲的科学家们首次做成了可控核聚变实验,这是科学史上一件大事,它标志着人类向获得理想的能源迈出了重要的一步.但要达到实用阶段,还需要攻克许多技术难题,未来的任务仍然相当艰巨.)
旁注:利用原子弹爆炸产生的高温,可以引发轻核的聚变反应.
我国自行设计的大型可控核聚变实验装置"中国环流一号",已于80年代中期在四川省乐山市建成投入使用.近年来,科研人员利用这个实验装置取得了多项研究成果.江泽民主席看了"中国环流一号"后,曾经指出:"受控核聚变是开发人类新能源的尖端项目.一旦实现,地球上的全部海水就会成为巨大的能源库,至少可供人类使用上百亿年.尽管目前工程技术上还有一些困难,但我相信总有一天会突破."