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6 重核的裂变互动课堂疏导引导1.对铀核裂变的正确理解(1)发现:1938年底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第一步.(2)核反应方程:.(3)裂变的解释:当中子进入铀235后,便形成了处于激发态的复核 .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23个中子;这些中子又引起其他的铀核裂变,这样,裂变就会不断进行下去,释放出越来越多的核能.这就叫链式反应,如图19-6-1所示.图19-6-1(4)临界体积:能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积.要发生核反应,就必须使中子击中铀核,而核的体积很小,那么在铀块不太大的情况下,中子容易在通过铀核时碰不到铀核而跑到铀块外,因此,要发生链式反应,铀块的体积必须大于某一值,即临界体积.2.重核裂变的和平应用核电站在核电站中,核反应堆是热源,如图1962为简化的核反应堆的示意图:图19-6-2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(或重水)为减速剂,使反应生成的快速中子变为慢中子,便于铀235吸收,发生裂变,减速剂附在铀棒周围.镉棒的作用是吸收中子,控制反应速度,所以也叫控制棒.控制棒插入深些,吸收中子多,反应速度变慢,插浅一些,吸收中子少,反应速度加快.采用电子仪器自动地调节控制棒的升降,就能使反应堆安全正常地工作.核反应释放的能量大部分转化为内能,这时通过水或液态钠作冷却剂,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,很厚的混凝土防护层可以防止辐射线射到外面.活学巧用【例1】 关于铀核裂变,下述说法正确的是()a.铀核裂变的产物是多种多样的,但只能裂变成两种不同的核b.铀核裂变时还能同时释放23个中子c.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用纯铀235d.铀块的体积对产生链式反应无影响思路解析:铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物是各种各样的,具有极大的偶然性,但裂变成两块的情况多,也有的分裂成多块,并放出几个中子;铀235受中子的轰击时,裂变的概率大,且可以俘获各种能量的中子而引起裂变;而铀238只有俘获能量在1 mev以上的中子时才能引起裂变,且裂变的概率小;引起链式反应,须使铀块体积大于临界体积.故选项b、c正确.答案:bc【例2】 核反应堆的燃料是_,石墨、重水等作为_使裂变时产生的中子速度减小,易于被铀核吸收;用镉棒_以控制核反应的_,再用水等流体在反应堆内外循环流动传输反应中产生的热量.思路解析:在核反应堆中的核燃料是铀235,用石墨、重水等作减速剂,用镉棒来吸收中子,以控制反应速度.答案:铀235减速剂吸收中子速度【例3】 每昼夜消耗220 g铀235的原子能发电站,如果效率为25%,它能产生的电功率为多大?(每个铀核裂变时放出的能量是200 mev)思路解析:220 g铀235中含铀核数量为n=6.021023=5.641023个n个铀核裂变放出能量为e=5.641023200 mev=1.131026 mev转化成电能e电=e25%=2.831025 mev=2.8310251061.610-19j=4.531012 j一昼夜时间为t=243 600 s=86 400 s所以电功率p=w=5.24107 w.答案:5.24107 w【例4】 静止在匀强磁场中的一个核俘获了一个速度为v=7.3104 m/s的中子而发生核反应,生成粒子与一个新核.测得粒子的速度为2104m/s,方向与反应前中子运动的方向相同,且与磁感线方向垂直.求:(1)写出核反应方程.(2)画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图(磁感线方向垂直于纸面向外).(3)求粒子与新核轨道半径之比.思路解析:(1)由质量数守恒和电荷数守恒得:(2)由于粒子和反冲核都带正电,由左手定则知,它们旋转方向都是顺时针方向,示意图如右.图19-6-3(3)由动量守恒可以求出反冲核
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