高中物理 第5章 核能与社会 5.2 裂变及其应用课件 沪科版选修35.pptVIP

第五章 5 2裂变及其应用 学习目标1 知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件 2 会判断和书写核裂变方程 能计算核反应释放的能量 3 了解核电站的安全性能及核废料的处理 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 核裂变和链式反应 如图1为铀核裂变示意图 1 铀核裂变是如何发生的 答案 答案铀核的裂变 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 同时放出中子 这些中子又引起其他铀核裂变 这样 裂变反应一代接一代继续下去 形成链式反应 图1 2 铀核裂变在自然界中能自发进行吗 答案 答案重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中 在自然界中不会自发地发生 故铀核裂变不会自发地进行 要使铀核裂变 首先要利用中子轰击铀核 使铀核分裂 分裂产生更多的中子 这些中子继续与其他铀核发生反应 再引起新的裂变 这样就形成了链式反应 对核裂变和链式反应的理解1 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 2 铀核裂变用 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 中子 3 链式反应 铀核裂变时 通常会放出2到3个 这些 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 这种反应叫做链式反应 4 发生链式反应的条件 发生裂变物质的体积大于等于 或发生裂变物质的质量大于等于 临界体积 中子 中子 临界质量 判断下列说法的正误 1 铀核的裂变是一种天然放射现象 2 铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去 3 中子的速度越快 越容易发生铀核裂变 4 铀核裂变的产物是钡和氪 且固定不变 同时放出三个中子 核反应堆的结构及核电站的认识1 核电站是利用核能发电 它的核心设施是反应堆 主要由以下几部分组成 1 裂变材料 铀棒 2 慢化剂 铀235容易捕获慢中子而发生反应 通常用 或 也叫轻水 作慢化剂 3 控制棒 用 或硼钢制成 用来吸收减速后的 控制反应强度 石墨 重水 普通水 二 核电站 中子 镉 4 反射层 一般用 做材料 阻止 5 热交换器 利用 循环 把反应堆中的热量传输出去 6 防护层 由 防止中子外逸的 以及1 2m厚的钢筋混凝土构成 石墨 中子逃逸 水 金属套 水层 2 裂变反应堆的常见类型 1 重水堆 采用 做慢化剂的反应堆 2 高温气冷堆 采用 为慢化剂 氦为冷却剂的反应堆 3 快中子增殖反应堆 以 作为主要裂变材料的反应堆 其最大特点是可以合理利用有限的铀资源 使核燃料增殖 重水 石墨 铀 235 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 4 核安全性与核废料处理 1 核电站的安全性能 为了防止放射性物质的泄漏 核电站设置了4道安全屏障 第一道屏障 陶瓷体燃料芯块 第二道屏障 锆合金 第三道屏障 由反应堆压力容器和冷却回路构成的 第四道屏障 安全壳 核反应堆 高压蒸汽 二氧化铀 包壳 压力边界 2 核废料的处理 我国对核废料采用 技术 即先回收铀 钚等 然后处理剩下的放射性废料和其他途径产生的核废料 后处理 判断下列说法的正误 1 核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度 2 核反应堆用过的核废料无毒无害 题型探究 1 常见的裂变方程2 链式反应发生的条件 1 铀块的体积大于或等于临界体积 体积超过临界体积时 保证中子能够碰到铀核 2 有足够浓度的铀235 3 有足够数量的慢中子 一 重核裂变与其释放核能的计算 3 裂变反应的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 一个铀235核裂变时释放的能量如果按200mev估算 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧释放的化学能 裂变时能产生几百万度的高温 4 铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应 例1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的能量 产生明显的质量亏损 所以核子数减少d 重核裂变为中等质量的核时 要发生质量亏损 放出核能 解析 答案 解析核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损 是核能转化为其他形式能的过程 其能量远大于俘获中子时吸收的能量 a错误 d正确 发生链式反应是有条件的 铀块的体积必须大于或等于临界体积 否则中子从铀块中穿过时 可能碰不到原子核 则不会发生链式反应 b错误 重核裂变时 核子数守恒 c错误 重核裂变的实质 1 重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核 使之分裂成中等质量的原子核 同时释放大量的能量 放出更多中子的过程 2 重核的裂变是放能核反应 原因是核反应前后质量有亏损 根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能要小 所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量 而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量 例2用中子轰击铀核 其中的一个可能反应是分裂成钡 和氪 两部分 放出3个中子 各个核和中子的质量如下 mu 390 3139 10 27kg mn 1 6749 10 27kg mba 234 0016 10 27kg mkr 152 6047 10 27kg 试写出核反应方程 求出反应中释放的核能 解析 答案 答案 解析根据反应前后质量数守恒 电荷数守恒 就可以写出核反应方程 根据核反应前后的质量亏损 用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能 铀核裂变方程为则核反应前后的质量亏损为 m mu mn mba mkr 3mn 3 578 10 28kg 由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 e mc2 3 578 10 28 3 108 2j 3 2202 10 11j 1 核电站的主要部件及作用如下表 二 核电站 2 核电站发电的优点 1 消耗的核燃料少 2 作为核燃料的铀 钍等在地球上可采储量大 所能提供的能量大 3 对环境的污染要比火力发电小 例3 多选 铀核裂变是核电站核能的重要来源 其中一种裂变反应是下列说法正确的有a 上述裂变反应中伴随着中子放出b 铀块体积对链式反应的发生无影响c 铀核的链式反应可人工控制d 铀核的半衰期会受到环境温度的影响 解析 答案 解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出 a对 铀块体积对链式反应的发生有影响 b错 铀核的链式反应可人工控制 c对 铀核的半衰期不会受到环境温度的影响 d错 达标检测 1 多选 关于核反应堆 下列说法正确的是a 铀棒是核燃料 裂变时释放核能b 镉棒的作用是控制反应堆的功率c 石墨的作用是吸收中子d 冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能 1 2 3 解析 答案 解析铀棒是核燃料 裂变时可放出能量 故a正确 镉棒吸收中子的能力很强 作用是调节中子数目以控制反应速度 即控制反应堆功率 故b正确 慢中子最容易引发核裂变 所以在快中子碰到铀棒前要进行减速 石墨的作用是使中子减速 故c错误 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 同时也使反应堆冷却 控制温度 故d正确 1 2 3 2 一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为 则下列叙述正确的是a x原子核中含有86个中子b x原子核中含有141个核子c 因为裂变时释放能量 根据e mc2 所以裂变后的总质量数增加d 因为裂变时释放能量 出现质量亏损 所以生成物的总质量数减少 1 2 3 解析 答案 解析x原子核中的核子数为 235 1 94 2 140个 b错误 中子数为140 92 38 86个 a正确 裂变时释放能量 出现质量亏损 但是其总质量数是不变的 c d错误 1 2 3 3 一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是放出的能量为e 铀235核的质量为m 中子的质量为m 氙136