高中物理 第十九章 原子核 6 核裂变名师导航学案 新人教版选修3-5.doc

6 核裂变名师导航知识梳理1.裂变与链式反应：重核分裂成质量_的核，释放出_的反应，称为裂变，重核裂变时释放出23个中子，这些中子又引起_重核裂变，这样裂变就会_进行下去，称为链式反应.2.世界上许多国家都积极研究可控热核反应的理论和技术，我国自行研制的可控热核反应实验装置“_”，于1984年9月顺利启动，具有国际先进水平的可控热核反应实验装置“_”，于1994年安装调试成功.疑难突破1.对铀核裂变的正确理解剖析：（1）发现：1939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，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.对核反应堆的理解剖析：在核电站中，核反应堆是热源，如图19-6-3为简化的核反应堆的示意图：图19-6-3 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，插入浅一些，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、液态钠或二氧化碳作冷却剂，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.问题探究问题：核电站的工作原理是什么？探究：无论哪一种电站都需要有能量转换器，通过能量转换器实现内能（或其他形式能）与电能的转换.核电站实现了核能内能电能的转换，如图19-6-4所示.图1-9-4 反应堆冷却剂在主泵的驱动下进入反应堆，流经堆芯后从反应堆容器的出口管流出，进入蒸汽发生器，然后回到主泵，在反应堆冷却剂循环流动过程中，将反应堆释放的核能转换为内能，在蒸汽发生器中，通过热交换器又将热量传递给另一冷却回路中的水，水变成蒸汽驱动蒸汽轮机，带动发电机产生电能. 探究结论：核电站是通过热交换器把核反应产生的热能转化为电能.典题精讲【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1mev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，须使铀块体积越过临界体积.故b、c选项正确.答案：bc【例2】 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：一昼夜消耗的铀所产生的核能e=2006.0210231061.610-19 j=1.801013 j；电功率p=w=5.2107 w.答案：5.2107 w知识导学 本节的主要内容是原子核的裂变.根据爱因斯坦的质能特点：e=mc2，也就是说对应很小的质量变化就会有很大的能量变化，人们研究原子核就是为了利用核能，而原子核的裂变是核能释放的主要形式之一，同时还要对核能发电的原理进行一些必要的了解，对核能利用的危害性也要注意理解.疑难导析1.核反应中的能量释放 不同的核反应都可以放出能量，例如单个核子结合成原子核时放出能量，重核分裂成中等质量的核时放出能量，有些轻核结合成中等质量的核时也放出能量，为什么呢？原因是它们在发生核反应时都有质量亏损. 精确的研究表明，原子核的质量虽然随着原子序数z的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系.人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图19-6-2所示的关系.图19-6-2 从图中可以看出，中等质量的原子核的核子平均质量较小（铁核的核子平均质量最小），重核和轻核的平均质量大，这就为研究核反应中能量的释放建立了理论基础；当重核分裂成中等质量的原子核时，会发生质量亏损，当轻核聚合成中等质量的原子核时，也会发生质量亏损.由质能方程知，此时核反应会放出能量.2.对各种不同形式反应堆的分析（1）气冷式反应堆，即采用冷气体作为冷却剂，如空气、二氧化碳等，英国大多数核电站的反应堆是气冷式的.（2）水冷式反应堆压水堆与沸水堆： 在正常运动条件下，压水堆内的水由于受到很高的压力，始终处于“液态”，我国已建成的秦山核电站（一期）和大亚湾核电站以及正在建设的秦山二期、岭澳和田湾核电站均采用压水堆，沸水反应堆内的水处于汽、液两相的状态.轻水堆与重水堆： 氢有三种同位素：氕、氘、氚.普通水中的氢原子是“氕”，这种水称为“轻水”；若水中的氢原子是“氘”，则称为“重水”，“轻水堆”和“重水堆”的区别在于反应堆的冷却剂、慢化剂是“轻水”还是“重水”.秦山三期核电工程采用的是重水堆.问题导思 核电站的核心是核反应堆，核反应堆的主要组成部分及其作用有：（1）铀棒：吸收慢中子而发生裂变（2）减速剂：用来减速裂变产生的快中子使其易被铀棒俘获，原料一般为石墨、重水或普通水.（3）控制棒：由镉做成，因其吸收中子的能力强，所以可以用其插入反应堆的深浅控制反应速度.插入深，吸收中子多，反应减慢；插入浅，吸收中子少，反应加快.（4）保护层：反应堆外层是很厚的水泥壁，可防止射线辐射出去.（5）热交换器：靠水或液态金属钠在反应堆内外的循环流动，把产生的热量传输出去.核电站的优点是：消耗的“燃料”很少；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大；对环境的污染比火电站要小得多.典题导考绿色通道：铀核的裂变的形式是多种多样的，生成物也是多种多样的，发生链式反应是有条件的，必须达到临界体积才能发生.【典题变式1】 重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个主要途径，下列说法正确的是 （ ）a.裂变和聚变过程中都有质量亏损 b.裂变过程有质量亏损，聚变过程质量不变 c.裂变过程质量不变，聚变过程有质量亏损 d.裂变和聚变过程中质量都增加答案：a绿色通道：解此类题时要注意通过物质的量来计算产生的核能，如果不从这一点出发此题就很难解决.【典题变