高中物理 第19章 原子核 6 核裂变课件 新人教版选修35.ppt

第十九章 6核裂变 学习目标1 知道什么是核裂变 2 知道链式反应及链式反应的条件 并能计算裂变释放的核能 3 了解裂变反应堆的工作原理 知道如何控制核反应的速度以及如何防止核污染 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 核裂变和链式反应 如图1为铀核裂变示意图 图1 1 铀核裂变是如何发生的 答案 答案铀核的裂变 1 核子受激发 当中子进入铀235后 便形成了处于激发状态的复核 复核中由于核子的激烈运动 使核变成不规则的形状 2 核子分裂 核子间的距离增大 因而核力迅速减弱 使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块 同时放出中子 这些中子又引起其他铀核裂变 这样 裂变反应一代接一代继续下去 形成链式反应 2 铀核裂变在自然界中能自发进行吗 答案 答案重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中 在自然界中不会自发地发生 故铀核裂变不会自发地进行 要使铀核裂变 首先要利用中子轰击铀核 使铀核分裂 分裂产生更多的中子 这些中子继续与其他铀核发生反应 再引起新的裂变 这样就形成了链式反应 对核裂变和链式反应的理解1 核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的 并放出的过程 新原子核 核能 中子 3 链式反应由重核裂变产生的使裂变反应一代接一代继续下去的过程 叫做核裂变的链式反应 4 链式反应的条件 1 铀块的体积或等于临界体积或铀块的质量或等于临界质量 2 有足够数量的中子 中子 大于 大于 慢 判断下列说法的正误 1 铀核的裂变是一种天然放射现象 2 铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去 3 中子的速度越快 越容易发生铀核裂变 4 铀核裂变的产物是钡和氪 且固定不变 同时放出三个中子 二 核电站 1 核电站是利用核能发电 它的核心设施是 它主要由以下几部分组成 1 燃料 2 慢化剂 铀235容易捕获慢中子发生反应 采用 重水或普通水作慢化剂 3 控制棒 采用在反应堆中插入镉棒的方法 利用镉的能力很强的特性 控制链式反应的速度 反应堆 铀棒 石墨 吸收中子 2 工作原理核燃料释放能量 使反应区温度升高 3 能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 把反应堆内的热量传输出去 用于发电 同时也使反应堆冷却 4 核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的 用来屏蔽裂变产物放出的各种射线 核废料具有很强的 需要装入特制的容器 裂变 循环流动 水泥层 放射性 深埋地下 判断下列说法的正误 1 核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度 2 核反应堆用过的核废料无毒无害 题型探究 一 重核裂变与其释放核能的计算1 常见的裂变方程 2 链式反应发生的条件 1 铀块的体积大于或等于临界体积 体积超过临界体积时 保证中子能够碰到铀核 2 有足够浓度的铀235 3 有足够数量的慢中子 3 裂变反应的能量铀核裂变为中等质量的原子核 发生质量亏损 所以放出能量 一个铀235核裂变时释放的能量如果按200mev估算 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧释放的化学能 裂变时能产生几百万度的高温 4 铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应 例1关于重核的裂变 下列说法正确的是a 核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量b 中子从铀块中通过时 一定发生链式反应c 重核裂变释放出大量的能量 产生明显的质量亏损 所以核子数减少d 重核裂变为中等质量的核时 要发生质量亏损 放出核能 解析核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损 是核能转化为其他形式能的过程 其能量远大于俘获中子时吸收的能量 a错误 d正确 发生链式反应是有条件的 铀块的体积必须大于或等于临界体积 否则中子从铀块中穿过时 可能碰不到原子核 则不会发生链式反应 b错误 重核裂变时 核子数守恒 c错误 解析 答案 重核裂变的实质 1 重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核 使之分裂成中等质量的原子核 同时释放大量的能量 放出更多中子的过程 2 重核的裂变是放能核反应 原因是核反应前后质量有亏损 根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能要小 所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量 而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量 解析 答案 解析根据反应前后质量数守恒 电荷数守恒 就可以写出核反应方程 根据核反应前后的质量亏损 用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能 则核反应前后的质量亏损为 m mu mn mba mkr 3mn 3 578 10 28kg 由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 e mc2 3 578 10 28 3 108 2j 3 2202 10 11j 铀核裂变释放核能的计算 1 首先算出裂变反应中的质量亏损 m 2 根据 e mc2计算释放的核能 3 若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能 应先算出铀块中有多少个铀核 设为n 则铀块裂变释放的核能e n e 二 核电站1 核电站的主要部件及作用如下表 2 核电站发电的优点 1 消耗的核燃料少 2 作为核燃料的铀 钍等在地球上可采储量大 所能提供的能量大 3 对环境的污染要比火力发电小 例3如图2是慢中子反应堆的示意图 对该反应堆的下列说法中正确的是a 铀235容易吸收快中子后发生裂变反应b 快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少 变成慢中子 慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应c 控制棒由镉做成 当反应过于激烈时 使控制棒插入浅一些 让它少吸收一些中子 链式反应的速度就会慢一些d 要使裂变反应更激烈一些 应使控制棒插入深一些 使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子 链式反应的速度就会快一些 图2 解析 答案 解析快中子容易与铀235擦肩而过 快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少 变成慢中子 慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应 选项b正确 a错误 控制棒由镉做成 镉吸收中子的能力很强 当反应过于激烈时 使控制棒插入深一些 让它多吸收一些中子 链式反应的速度就会慢一些 选项c d都错误 达标检测 1 多选 关于核反应堆 下列说法正确的是a 铀棒是核燃料 裂变时释放核能b 镉棒的作用是控制反应堆的功率c 石墨的作用是吸收中子d 冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 4 解析铀棒是核燃料 裂变时可放出能量 故a正确 镉棒吸收中子的能力很强 作用是调节中子数目以控制反应速度 即控制反应堆功率 故b正确 慢中子最容易引发核裂变 所以在快中子碰到铀棒前要进行减速 石墨的作用是使中子减速 故c错误 水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动 把反应堆内的热量传输出去 用于发电 同时也使反应堆冷却 控制温度 故d正确 a x原子核中含有86个中子b x原子核中含有141个核子c 因为裂变时释放能量 根据e mc2 所以裂变后的总质量数增加d 因为裂变时释放能量 出现质量亏损 所以生成物的总质量数减少 1 2 3 答案 4 解析x原子核中的核子数为 235 1 94 2 140个 b错误 中子数为140 92 38 86个 a正确 裂变时释放能量 出现质量亏损 但是其总质量数是不变的 c d错误 解析 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 解析反应堆中核反应速度由控制棒 镉棒