高中物理 19.6 核裂变课件1 新人教版选修35.ppt

6核裂变 1 知道重核裂变能放出能量 并能计算核能 知道链式反应 2 知道什么是核裂变 3 了解铀核的裂变特点 4 了解核电站的工作原理 一 核裂变 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 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 新原子核 核能 链式反应 当一个中子引起一个铀核裂变后 裂变释放的中子再引起裂变 且能不断继续下去 这种反应叫核裂变的链式反应 重核裂变的特点 1 裂变释放能量 2 裂变产物有 3 裂变产物有 4 裂变能产生个中子 其他铀核 大 多样性 放射性 多 链式反应的条件 1 发生裂变物质的体积大于等于 2 有足够的铀235 3 有足够数量的中子 临界体积 浓度 慢 二 核电站 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 减速剂 铀235容易捕获发生反应 可采用 作减速剂 3 控制棒 为控制能量释放的速度 需控制中子的数目 采用作为来控制链式反应的速度 核反应堆 铀棒 慢中子 石墨 重水 普通水 镉棒 控制棒 工作原理 核燃料释放的能量 使反应区温度升高 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 裂变 循环流动 核污染的处理 为避免对人体的伤害和对水源 空气和工作场所造成的放射性污染 在反应堆的外面需要修建很厚的 用来屏蔽裂变反应放出的各种射线 核废料具有很强的 需要装入特制的容器 射线 放射性物质 水泥层 放射性 深埋地下或海底 一 铀核的裂变 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 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2 3个中子 这些中子又引起其他铀核裂变 这样 裂变就会不断地进行下去 释放出越来越多的核能 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 一般说来 平均每个核子放出的能量约为1mev 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤燃烧时释放的能量 裂变时能产生几万度的高温 二 核电站 主要组成核电站的核心设施是核反应堆 反应堆用的核燃料是铀235 它的主要部件列表如下 反应堆工作原理 1 在核电站中 核反应堆是热源 如图19 6 1所示为简化的核反应堆示意图 铀棒是燃料 由天然铀或浓缩铀 铀235的含量占2 4 制成 石墨 重水 为慢化剂 使反应生成的快中子变为慢中子 便于铀235的吸收 发生裂变 慢化剂附在铀棒周围 图19 6 1 2 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 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 3 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 用于推动蒸汽机 使发电机发电 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外面 核电站发电的优点 1 消耗的核燃料少 一座百万千瓦级的核电站 一年只消耗浓缩铀30t左右 而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤 2 作为核燃料的铀 钍等在地球上可采储量大 3 对环境的污染要比火力发电小 对核裂变的理解 典例1 关于重核的裂变 下列说法正确的是 a 核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量b 重核裂变时释放出大量的能量 产生明显的质量亏损 所以核子数减少c 铀核自发放出 粒子 粒子时要释放能量 核电站利用的就是这一能量d 重核的比结合能小于中等质量核的比结合能 所以重核裂变成中等质量核时 要放出核能 有质量亏损 解析核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能 原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能 但天然衰变进行得非常缓慢 放出的能量也很小 人工无法控制 实用价值不大 原子核的人工转变也放出能量 但作为 炮弹 的粒子击中原子核的机会太少 这种做法得不偿失 所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径 比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量 或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量 重核的比结合能小于中等质量核的比结合能 即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些 可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量 选项d正确 铀核裂变放出的能量是原子核的核能 而不是中子具有的动能 选项a错误 裂变过程遵守质量数 电荷数守恒规律 b错误 衰变是自发的现象 铀核衰变后的新核仍是重核 而核电站利用的是裂变核能 选项c错误 答案d借题发挥重核发生裂变的条件是 1 要俘获慢中子 2 铀块的体积要大于临界体积 重核裂变放能的原因是 重核核子的平均质量大于中等核核子的平均质量 变式1 关于重核的裂变 以下说法正确的是 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能量 产生明显的质量亏损 所以核子数要减少d 由于重核的核子质量大于中等质量核的核子平均质量 所以重核裂变为中等质量的核时 要发生质量亏损 放出核能 m mu mn msr mxe 10mn 0 15097u 可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的 核子数是不会减少的 因此选项a b c均错 重核裂变为中等质量的原子核时 由于平均质量减小 会发生质量亏损 从而释放出核能 综上所述 选项d正确 答案d 核电站及组成部分的功能 典例2 原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置 它主要由四部分组成 a 原子燃料 减速剂 冷却系统 控制调节系统b 原子燃料 减速剂 发热系统 传热系统c 原子燃料 减速剂 碰撞系统 传热系统d 原子燃料 中子源 原子能储存系统 输送系统 解析原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀 铀235占3 4 制成的铀棒 铀235易俘获慢中子 不易俘获快中子 必须使用减速剂 如石墨 重水 普通水 让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少 变成慢中子 控制调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度 它是由镉做成的置放在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成 冷却系统靠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 同时使反应堆冷却 保证安全 答案a借题发挥核电站的核心是核反应堆 对反应堆的原理和组成应记牢是解好此类题目的核心 解析反应堆中核反应速度由控制棒 镉棒 吸收中子的多少来控制 a错 裂变有多种可能性 这是其中常见的一种 b对 放射性元素的半衰期由原子核本身决定 与温度压强等外界条件无关 c错 核电站的核能是清洁能源 污染少 d错 答案b 计算裂变反应中释放的核能 典例3 一个铀235原子俘获一个中子后 裂变为氙139和锶94 同时放出三个中子 1 写出核反应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核能 已知mu 235 04394u mxe 138 91844u msr 93 91557u mn 1 008665u 2 计算1kg铀完全裂变可释放出的能量 其相当于多少热值为2 93 107j kg的煤完全燃烧时放出的热量 答案见解析借题发挥裂变过程中质量数守恒 电荷数守恒 由