裂变及应用PPT课件.ppt

5 2裂变及其应用 1 知道重核裂变能放出能量 并能计算核能的变化 重点和难点 2 了解铀核的裂变特点 知道链式反应 重点 3 了解裂变反应堆的结构 类型及核电站的工作原理 一 铀核的裂变1 定义 重核裂变是用中子轰击铀核时发现的 中子轰击铀 235核 使该核变成处于激发态的复核 并分裂成两块质量差不多的新原子核 同时放出几个中子 称为 核反应 2 铀核裂变用中子轰击铀核时 铀核发生了裂变 铀核裂变的产物是多种多样的 其中一种典型的反应 裂变 是二 链式反应及其条件1 链式反应 铀核裂变时 通常会放出2到3个中子 这些中子可以作为新的 炮弹 轰击其他的铀核 使裂变反应不断地进行下去 这种反应叫做核裂变的链式反应 2 临界体积 能够使铀块发生链式反应的最小体积 或对应的最小质量 称为临界体积 或临界质量 3 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 想一想1 为什么发生链式反应的铀块必须具有一定的体积 临界体积 临界质量 提示 235U被中子碰撞后发生裂变 裂变时又生成2 3个中子 若铀块的体积不够大 生成的中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了 所以发生链式反应时铀块的体积必须大于临界体积 三 裂变反应堆1 裂变反应堆的基本构造 1 裂变材料 核燃料 2 慢化剂 减速剂 通常用 或 3 控制棒 用镉或硼钢制成 用来吸收减速后的 控制反应强度 4 反射层 一般用石墨做材料 浓缩铀 石墨 重水 普通水 中子 5 热交换器 核反应堆中释放的能量大部分转化为热能 利用水循环 产生高温高压的蒸汽 从而推动蒸汽轮机 带动发电机发电 6 防护层 由金属套 防止中子外逸的水层以及1 2m厚的钢筋混凝土构成 可有效地防止射线对人体及其他生物体的侵害 2 列变反应堆的常见类型 高温气冷堆 快中子增殖反应堆 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 重水堆 核反应堆 高压蒸汽 想一想2 在利用重核裂变制成的原子弹中 需不需要用镉制成的控制棒 为什么 提示 不需要 镉有吸收中子的特性 吸收减速后的中子 可以控制能量释放的速度 而原子弹需要在极短的时间内释放大量核能 发生猛烈爆炸 不需要控制速度 故不需要镉棒 学案导引1 如何解释重核的裂变 2 铀核裂变的条件是什么 3 怎样计算铀核裂变过程中释放的能量 1 发现 1938年12月 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 裂变的解释 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 3 能量 重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铀全部裂变放 出的能量相当于2500t优质煤燃烧时释放的能量 裂变时能产生几万度的高温 3 铀核裂变的条件 1 铀块的体积大于临界体积 2 铀块的质量大于临界质量 以上两个条件满足一个即可 质量亏损 m 0 2153u释放能量 E 0 2153 931 56MeV 200 56MeV 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能量 产生明显的质量亏损 所以核子数要减小D 由于重核的核子平均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 思路点拨 由链式反应发生的条件及释放能量与质量亏损关系进行判定 精讲精析 发生核反应 是核能转化为其他形式能的过程 但其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量 链式反应是有条件的 即铀块的体积必须大于其临界体积 如果体积太小 中子从铀块中穿过时 碰不到原子核 则链式反应就不会发生 故A B均错 在裂变反应中核子数是不会减小的 铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的 核子数是不会减小的 因此选项C错 重核裂变为中等质量的原子核时 由于平均质量减小 要发生质量亏损 从而释放出核能 故选项D正确 答案 D 2020 1 8 21 规律总结 1 重核发生裂变的条件是 铀块的体积要大于或等于临界体积 2 重核裂变释放核能的原因是 重核核子的平均质量大于中等核子的平均质量 变式训练1 2012 合肥高二检测 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2 3个中子C 为了使裂变的链式反应容易进行 最好使用纯铀235D 铀块的体积对产生链式反应无影响 解析 选BC 铀核受到中子的轰击 会引起裂变 裂变的产物是多种多样的 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释放出几个中子 铀235受到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 必须使铀块体积超过临界体积 故B C选项正确 学案导引1 核反应堆是怎样组成的 各部分的作用如何 2 核电站发电有哪些优点 3 原子弹是可控的链式反应吗 1 核反应堆的主要组成部分及其作用 2 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 钍等在地球上的可采储量大 3 对环境的污染要比火力发电小 特别提醒 原子弹杀伤力巨大的原因是核能能在极短时间内释放出来 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 关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理 下列说法正确的是 A 镉棒能释放中子 依靠释放的多少控制反应速度 B 用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C 利用镉棒对中子吸收能力强的特点 依靠插入的多少控制中子数量D 镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用 利用其与铀的接触面积 思路点拨 镉棒具有吸收中子 控制反应速度的作用 精讲精析 镉棒不是粒子源不会放中子 A错误 也不是减速剂 不能使快中子变为慢中子 B D错误 镉棒对中子有吸收作用 通过中子强度检测器检测 当反应太强时 控制棒能自动插入 多吸收中子 反之 自动抽出少吸收中子 故C正确 答案 C 变式训练2 现已建成的核电站的能量来自于 A 天然放射性元素衰变放出的能量B 人工放射性同位素放出的能量C 重核裂变放出的能量D 化学反应放出的能量解析 选C 核电站的核心设施就是核反应堆 核反应堆的核心技术就是用人工的方法控制重核裂变链式反应的速度 所以核电站的能量来自重核裂变放出的能量 关于核电站中核能的计算 经典案例 10分 在其他能源中 核能具有能量密度大 地区适应性强的优势 在核电站中 核反应堆释放的核能被转化为电能 核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应 释放出大量核能 审题指导 根据裂变反应遵循电荷数和质量数守恒可确定X和a 再由 E mc2求裂变释放