物理裂变和链式反应

1、6. 核 裂 变第十九章第十九章 原子核原子核重点：重点：1.1.裂变和链式反应及裂变方程的书写裂变和链式反应及裂变方程的书写. . 2. 2.了解核反应堆和核能的应用了解核反应堆和核能的应用. .难点：临界质量和链式反应速度的控制难点：临界质量和链式反应速度的控制. .一、核裂变一、核裂变1.1.核裂变：重核被核裂变：重核被中子中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出子核，并放出核能核能的过程的过程. .2.2.铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是种多样的

2、，其中一种典型的反应是2352359292U U+ +1 10 0n n 1441445656Ba+ Ba+ 89893636Kr+Kr+3 31 10 0n n. .1938年年12月，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子月，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步第一步常见的裂变方程：常见的裂变方程：2352359292U+U+1 10 0nn13136 65454Xe+Xe+9 90 03838Sr+Sr+10101 10 0n n2352359292U+U+1 10 0n n1411415

3、656Ba+Ba+92923636Kr+3Kr+31 10 0n n 重核裂变的实质：重核裂变的实质：(1)(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，放出更多的中子的过程质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程. .(2)(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，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相比中等质量的核的比结合能要小根本原因是重核的比结合能相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

4、要释放能量，而且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释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量. .二、链式反应二、链式反应3.3.链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的变的链式反应链式反应. .4.4.链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于临界体积临界体积或裂或裂变物质的质量大于变物质的质量大于临界质量临界质量. .三、核电站三

5、、核电站1.1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆反应堆，它主要，它主要由以下几部分组成：由以下几部分组成：(1)(1)燃料：燃料：铀棒铀棒. .(2)(2)慢化剂：铀慢化剂：铀235235容易捕获慢中子发生反应，采用容易捕获慢中子发生反应，采用石墨石墨、重重水水或或普通水普通水作慢化剂作慢化剂. .(3)(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法调节中子控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法调节中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子吸收中子的特性，就可以容易地控制链式反应的速度

6、的特性，就可以容易地控制链式反应的速度. .2.2.工作原理：核燃料工作原理：核燃料裂变裂变释放能量，使反应区温度升高释放能量，使反应区温度升高. .3.3.能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，把反应堆内的热量传输出去，用于发电. .4.4.核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和放射性放射性物质对物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的要修建很厚的水泥层水泥层

7、，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的核废料具有很强的放射性放射性，需要装入特制的容器，深埋地下，需要装入特制的容器，深埋地下. .【要点整合】【要点整合】 1.1.反应堆工作原理反应堆工作原理(1)(1)在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀( (铀铀235235的含量占的含量占2%2%4%)4%)制成，石墨制成，石墨( (重水重水) )为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于

8、铀便于铀235235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围. .(2)(2)镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒. .控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒的吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作升降，就能使反应堆安全正常地工作. .(3)(3)核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电于推动蒸汽机，使发电机发电. .发生裂变反应时，会产生一些发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐