山东省成武一中高中物理 19.6 重核的裂变课件 新人教版选修35.ppt

知识与技能1 知道重核的裂变和链式反应 2 会计算核裂变释放的能量 3 知道什么是核反应堆 了解核电站及核能的优缺点 过程与方法1 认识重核的裂变 2 体验重核裂变释放核能的巨大性 情感 态度与价值观感受物理规律在国防和生产生活中的应用 1 铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块 这类核反应称为原子核的 2 由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程 叫做核裂变的 3 铀块的 是链式反应能否进行的重要因素 通常把裂变物质能够发生链式反应的 体积叫做它的临界体积 相应的质量叫做 4 在核电站中 常用的慢化剂有 和普通水 也叫轻水 为了调节中子数目以控制反应速度 还需要在铀棒之间插进一些镉棒 这种镉棒叫做 答案 1 裂变2 链式反应3 大小最小临界质量4 石墨重水控制棒 知识点1核裂变 1 核裂变重核在其他粒子的轰击下分裂成中等质量大小的原子核并放出能量的变化叫做核裂变 铀核裂变的产物是多样的 一种典型的铀核裂变产物是钡和氪 同时释放出3个中子 其核反应方程是 2 链式反应 重核裂变时产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做链式反应 临界体积 能发生链式反应的最小体积叫做临界体积 相应的质量叫做临界质量 3 裂变产生的能量铀核裂变产物不同 释放的能量也有差异 一个铀核裂变释放的能量如果按200mev估算 1kg铀全部裂变放出的能量相当于2800t优质煤完全燃烧时释放的化学能 mu 390 3139 10 27kg mn 1 6749 10 27kgmba 234 0016 10 27kg mkr 152 6047 10 27kg试写出核反应方程 算出反应中释放的核能 解析 根据反应前后核的质量数守恒 核电荷数守恒和反应中的能量守恒 就可以写出核反应方程 根据核反应前后的质量亏损 用爱因斯坦的质能方程就可算出释放的核能 此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 0 3578 10 27kg由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 e mc2 0 3578 10 27 2 9979 108 2j 3 2157 10 11j 对应训练 1 关于重核的裂变 以下说法中正确的是 a 铀235被中子轰击后都会分裂成两块质量差不多的碎块 同时放出几个中子b 铀235被中子轰击后二者都会发生分裂c 要使铀块发生链式反应 其体积必须足够大d 铀235分裂成两个中等质量的核 比结合能减小 放出核能 解析 铀核也有三分裂 四分裂现象 a错误 慢中子最适于引发裂变 但并不是轰击后都会发生分裂 b错误 要发生链式反应 铀块的体积必须大于临界体积 c正确 中等质量核的比结合能最大 铀核分裂时比结合能增大 放出核能 d错误 答案 c 知识点2核电站 1 了解核电站核电站的核心是核反应堆 如图19 6 1所示 核反应堆的主要组成部分及其作用 图19 6 1 核燃料 反应堆使用浓缩铀 铀235占3 4 制成铀棒作为核燃料 释放核能 中子减速剂 铀235具有易俘获慢中子 不易俘获快中子的特点 而核反应中释放的中子多数为快中子 应使用减速剂使它们的速度降下来 常用作减速剂的物质有石墨 重水或普通水 控制棒 由吸收中子能力很强的镉制成 用以控制反应速度 保护层 反应堆外层是很厚的水泥壁 可防止射线辐射出去 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 2 核电站的优点 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 例2 已知一个铀235核裂变时能释放200mev的能量 问1kg铀完全裂变能释放多少能量 相当于多少吨燃烧值为2 94 107j kg的煤所放出的能量 答案 8 2 1013j2789t 解析 首先求出1kg铀235中含有的原子核数 然后即可根据已知求解 1kg铀235中含有的原子核数为 每个铀核裂变能放出200mev的能量 则1kg铀核裂变能释放 e 2 562 1024 200mev 5 124 1026mev 5 124 1032 1 6 10 19j 8 2 1013j 设与1kg铀235相当的优质煤是mkg 则有 m 2 94 107j kg 8 2 1013j 对应训练 2 094型导弹核潜艇是中国最先进的战略核潜艇 水下最大航速为45节 1节 1 852km h 核反应堆最大输出功率为4 5万千瓦 最大续航里程为20万海里 1海里 1 852km 假设1个u核裂变放出能量是200mev 铀矿石含铀235的浓度是4 求 1 当核反应堆达到最大输出功率时 每秒有多少个铀235原子核发生裂变 2 核潜艇一次至少要装入铀矿石多少千克 解析 1 当核反应堆达到最大输出功率时 每秒发生裂变的铀235原子核数 答案 1 1 4 1018个 2 220kg 1 为什么重核裂变会释放出能量 1 从比结合能上看 中等质量的原子核比结合能较大 也就是核子结合成中等质量的原子核时 每个核子平均释放出的能量多 因此 质量较大的重核分裂为中等质量的原子核时 还要放出能量 2 从核子的平均质量上看 中等质量的原子核内核子的平均质量较小 如果由核子平均质量较大的重核裂变为中等质量的原子核 质量要亏损所以要放出能量 因此 为了使链式反应容易发生 最好利用纯铀235 例3 2010 上海单科 现已建成的核电站发电的能量来自于 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 答案 c 解析 现在核电站所用原料主要是铀 利用铀裂变放出的核能发电 故c项正确 核电站的分类压水堆核电站以压水堆为热源的核电站 它主要由核岛和常规岛组成 压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器 稳压器 主泵和堆芯 在核岛中的系统设备主要有压水堆本体 一回路系统 以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统 常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统 其形式与常规火电厂类似 沸水堆核电站以沸水堆为热源的核电站 沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆 沸水堆与压水堆同属轻水堆 都具有结构紧凑 安全可靠 建造费用低和负荷跟随能力强等优点 它们都需使用低富集铀作燃料 沸水堆核电站系统有 主系统 包括反应堆 蒸汽给水系统 反应堆辅助系统等 重水堆核电站以重水堆为热源的核电站 重水堆是以重水作慢化剂的反应堆 可以直接利用天然铀作为核燃料 重水堆可用轻水或重水作冷却剂 重水堆分压力容器式和压力管式两类 重水堆核电站是发展较早的核电站 有各种类别 但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站 快堆核电站由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能的核电站 快堆在运行中既消耗裂变材料 又生产新裂变材料 而且所产可多于所耗 能实现核裂变材料的增殖 目