2018-2019版高中物理 第5章 核能与社会 5.2 裂变及其应用课件 沪科版选修3-5.ppt

5.2裂变及其应用,第5章核能与社会,学习目标1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.会判断和书写核裂变方程，能计算核反应释放的能量.3.了解核电站的安全性能及核废料的处理.,内容索引,知识探究新知探究点点落实,题型探究重点难点各个击破,达标检测当堂检测巩固反馈,知识探究,一、核裂变和链式反应,导学探究如图1为铀核裂变示意图.,答案,1.铀核裂变是如何发生的？,图1,答案(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.,答案,知识梳理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.2.铀核裂变用轰击铀核时，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3.链式反应：铀核裂变时，通常会放出2到3个，这些可以作为新的“炮弹”轰击其他的铀核，使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应.4.发生链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于或发生裂变物质的质量大于等于.,新原子核,中子,核能,中子,中子,临界质量,临界体积,即学即用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)铀块的质量大于或等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.(),答案,知识梳理核反应堆的结构及核电站的认识1.核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，主要由以下几部分组成：(1)裂变材料：棒；(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子而发生反应，通常用、或_(也叫轻水)作慢化剂；(3)控制棒：用或硼钢制成，用来吸收减速后的，控制反应强度；(4)反射层：一般用做材料，阻止；(5)热交换器：利用循环，把反应堆中的热量传输出去；(6)防护层：由、防止中子外逸的以及12m厚的钢筋混凝土构成.,铀,石墨,重水,普通水,中子,二、核电站,镉,石墨,中子逃逸,水,金属套,水层,2.裂变反应堆的常见类型(1)重水堆：采用做慢化剂的反应堆.(2)高温气冷堆：采用为慢化剂、氦为冷却剂的反应堆.(3)快中子增殖反应堆：以作为主要裂变材料的反应堆.其最大特点是可以合理利用有限的铀资源，使核燃料增殖.3.核电站的工作模式以为能源，用它产生，取代发电厂的锅炉，从而进行发电.,铀235,石墨,重水,核反应堆,高压蒸汽,4.核安全性与核废料处理(1)核电站的安全性能：为了防止放射性物质的泄漏，核电站设置了4道安全屏障.第一道屏障：陶瓷体燃料芯块.第二道屏障：锆合金.第三道屏障：由反应堆压力容器和冷却回路构成的.第四道屏障：安全壳.(2)核废料的处理：我国对核废料采用技术，即先回收铀、钚等，然后处理剩下的放射性废料和其他途径产生的核废料.,压力边界,包壳,二氧化铀,后处理,即学即用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.(),答案,题型探究,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.,一、重核裂变与其释放核能的计算,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.,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.,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,答案,解析,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，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能要小.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.,例2用中子轰击铀核()，其中的一个可能反应是分裂成钡()和氪()两部分，放出3个中子.各个核和中子的质量如下：mU390.31391027kg，mn1.67491027kg；mBa234.00161027kg，mKr152.60471027kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能.,答案,解析,则核反应前后的质量亏损为mmUmnmBamKr3mn3.5781028kg，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为Emc23.5781028(3108)2J3.22021011J.,1.核电站的主要部件及作用如下表：,二、核电站,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.,解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B错；铀核的链式反应可人工控制，C对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错.,例3(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应是，下列说法正确的有A.上述裂变反应中伴随着中子放出B.铀块体积对链式反应的发生无影响C.铀核的链式反应可人工控制D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响,答案,解析,达标检测,1.(对核裂变的理解)一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为，则下列叙述正确的是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Emc2，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,答案,1,2,3,解析X原子核中的核子数为(2351)(942)140个，B错误；中子数为140(9238)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,2.(对核反应堆的理解)(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,答案,解析,1,2,3,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.,1,2,3,解析铀235裂变时的质量亏损mMmm1m210mMm1m29m，由质能方程可得Emc2(M9mm1m2