高中物理 3.5 核裂变教学课件 教科版选修35.ppt

5核裂变 1 知道核裂变的概念 知道重核裂变中能释放出巨大的能量 2 知道什么是链式反应 3 会计算重核裂变过程中释放出的能量 4 知道什么是核反应堆 了解常用裂变反应堆的类型 了解核电站及核能发电的优缺点 质量较小 核能 中子 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 链式反应的条件 发生裂变物质的体积大于等于或裂变物质的质量大于等于 中子 临界体积 临界质量 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 慢化剂 铀235容易捕获慢中子发生反应 采用 和作慢化剂 3 控制棒 为了控制能量释放的速度 就要想办法减少中子的数目 采用在反应堆中插入镉棒的方法 利用镉这一特性 就可以容易地控制链式反应的速度 核反应堆 铀棒 石墨 重水 普通水 的能力很强 吸收中子 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 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 裂变 循环流动 射线 放射性物质 水泥层 放射性 深埋地下 一 重核的裂变及链式反应定义 使重核分裂成质量较小的核的反应叫重核的裂变 铀核裂变 1938年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 铀核裂变的产物是多种多样的 有时裂变为氙 xe 和锶 sr 有时裂变为钡 ba 和氪 kr 有时裂变为锑 sb 和铌 nb 产物不同 释放的能量和中子数也不尽相同 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 核子间的距离增大 因而核力迅速减弱 使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状 这样就分裂成几块 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 这就是链式反应 如图3 5 1所示 图3 5 1 链式反应的条件 1 利用中子轰击铀核 使铀核分裂 分裂过程中 又会放出更多中子 这些中子再去轰击更多铀核 产生更多中子 形成了链式反应 2 临界体积 原子核的体积非常小 原子内部的空隙很大 如果铀块不够大 中子在铀块中通过时 就有可能碰不到铀核而跑到铀块外面去 链式反应不能继续 只有当铀块足够大时 裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核 使链式反应进行下去 能够发生链式反应的最小体积 叫做它的临界体积 二 核电站 核反应堆原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来 如图3 5 2核电站是利用缓慢释放的核能来发电的 这是核能的和平利用 因此核电站是可控的链式反应 现在世界上已有不少国家建有核电站 我国已建成使用和正在建设的核电站必将为现代化的建设提供能源保障 图3 5 2 核反应堆 核电站的心脏裂变反应堆是核电站的心脏 它是一种人工控制链式反应的装置 可以使核能较平缓地释放出来 裂变反应堆的结构和工作原理如下表 典例1 为使链式反应平稳进行 可采用下列的办法 a 铀块可制成任何的体积b 铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核c 通过慢化剂将产生的中子减速d 用镉棒可作为慢化剂使中子减速 对核裂变和链式反应的理解 解析由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积 故a错误 铀核裂变释放出的为快中子 不能直接再去轰击铀核 必须用慢化剂减速 而镉棒是用于控制中子数量的 故c正确 b d错误 答案c 了解核电站及核能发电 因此1kg铀235完全裂变产生的能量约为e n m 931 5mev 2 56 1024 0 212 931 5mev 5 06 1026mev 答案 1 4090 2 5 06 1026mev 变式2 原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置 它主要有哪四部分组成 a 原子燃料 减速剂 冷却系统和控制调节系统b 原子燃料 减速剂 发热系统和传热系统c 原子燃料 调速剂 碰撞系统和控制调节系统d 原子燃料 减速剂 原子能聚存系统和输送系统解析目前核反应堆组成有 原子燃料 减速剂 控制调节系统与冷却系统 答案a 贫铀弹天然铀中 含有238u 235u和234u三种同位素 其中235u仅占0 72 238u占