高中物理 第十九章 原子核 6 核裂变课件1 新人教版选修35.ppt

6 核裂变 自学线索 学基础导学 一 核裂变 质量较小 核能 中子 中子 临界体积 临界质量 提示 原子核的体积很小 原子内部绝大部分是空隙 如果铀块不够大 中子通过铀块时可能碰不到铀核而跑到铀块外面去 1 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 钠235容易捕获慢中子发生反应 采用 和 作慢化剂 二 核电站 核反应堆 铀棒 石墨 重水 普通水 3 控制棒 为了控制反应速度 还需要在铀棒之间插进一些镉棒 它吸收 的能力很强 反应过于激烈时 可将其插入深一些 多吸收一些 链式反应的速度就会慢一些 这种镉棒叫做控制棒 4 冷却剂 用水或液态钠 把反应堆内的 传输出去用于发电 同时使反应堆冷却 保证安全 5 水泥防护层 用来 裂变产物放出的各种射线 中子 中子 热量 屏蔽 2 能量输出 核燃料 释放的能量 使反应区温度升高 水或液态的金属钠等流体在反应堆外 把反应堆内的热量传输出去 用于发电 3 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 讲要点例析 裂变及链式反应 1 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 核能的释放 由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量 因此 铀核裂变为中等质量的原子核时 会发生质量亏损 释放核能 2 链式反应的条件 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 关于重核的裂变 以下说法正确的是 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 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 d对 链式反应发生是有条件的 铀块的体积必须大于其临界体积 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 重核裂变时 核子数守恒 c错 答案 d 1 1铀核裂变时 对于产生链式反应的重要因素 下列说法中正确的是 a 铀块的质量是重要因素 与体积无关b 为了使裂变的链式反应容易发生 最好直接利用裂变时产生的中子c 若铀235的体积超过它的临界体积 裂变的链式反应就能够发生d 能否发生链式反应与铀块的质量无关 解析 要使铀核裂变产生链式反应 铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量 只要组成铀块的体积小于临界体积 或质量小于临界质量就不会产生链式反应 裂变反应中产生的中子为快中子 这些快中子不能直接引发新的裂变 如果铀块的质量大 则其体积大 若超过临界体积则发生链式反应 由此知a b d错误 c正确 答案 c 核电站 1 核心 核电站的核心是核反应堆 其简化示意图如下 2 核电站的主要部分及作用 1 铀棒 由天然铀或浓缩铀 铀235的含量占2 4 制成 它是核反应堆的燃料 2 石墨 或重水 石墨 或重水 作为减速剂 附着在铀棒周围 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 3 镉棒 主要作用是吸收中子 控制反应速度 所以叫做控制棒 4 混凝土防护层 屏蔽射线防止放射性污染 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 核电站工作流程示意图如图所示 3 核电站与火电站相比 1 优点 核电站消耗的燃料很少 作为核燃料的铀 钍等在地球上的可采储量很大 火电站烧煤要放出很多污染物 而核电站放出的污染物要少得多 2 缺点 一旦核泄漏会造成严重的核污染 核废料处理比较困难 关于原子核反应堆 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 解析 答案 abd 答案 1 200 4mev 2 2791 8t 练随堂演练 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 2 利用重核裂变释放核能时选用铀235 主要因为 a 它比较容易发生链式反应b 能自动裂变 与体积无关c 铀核比较容易分裂成为三部分或四部分 因而放出更多的核能d 铀235价格比较便宜 而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多解析 铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应 吸收低能量的中子裂变的几率更大 答案 a 解析 a和c表示的是核衰变 b表示的是核裂变 d表示的是核的人工转变 答案 b 4 在核反应中 控制铀235核裂变反应速度的方法是 a 使用浓缩铀b 改变铀块的临界体积c 通过自动控制装置 改变镉棒插入的深度 以改变反应堆中的中子数目d 利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度解析 控制核反应堆中核反应的速度是靠调节中子数来实现的 故只有c正确 答案 c 5 裂变反应中释放出的能量来自于 a 核子消失转化为能量b 原子中电子与原子核的电势能减小c 入射的中子消失转化为能量d 原子核的比结合能变大 释放出能量解析 核反应过程中 核子数守恒 中子并未消失 故选项a c均错误 能量来源于原子核内部 因重核裂变为中等质量的核时 比结合能增加而释放出能量 故选项c错误 d正确 答案 d 解析 铀235裂变时的质量亏损 m m m m1 m2 10m m m1 m2 9m 由质能方程可得 e mc2 m m1 m2 9m c2 答案 c 7 核反应堆的燃料是 石