高中物理 第三章 原子核 5 核裂变课件 教科版选修35.ppt

5核裂变 目标定位 1 知道核裂变的概念 知道重核裂变中能释放出巨大能量 2 知道什么是链式反应 知道链式反应发生的条件 3 知道什么是核反应堆 了解常用裂变反应堆的类型 了解核电站及核能发电的优缺点 一 核裂变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 3 链式反应 当一个中子引起一个铀核裂变后 裂变释放的中子再引起 裂变 且能不断继续下去 这种反应叫核裂变的链式反应 原子核 新 核能 其他铀核 4 链式反应的条件 发生裂变物质的体积大于等于 二 核电站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 减速剂 铀235容易捕获 发生反应 可采用 作减速剂 3 控制棒 为控制能量释放的速度 需控制中子的数目 采用 作为 来控制链式反应的速度 临界体积 核反应堆 铀棒 慢中子 石墨 重水 普通水 镉棒 控制棒 2 工作原理 核燃料 释放的能量 使反应区温度升高 3 能量输出 利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 把反应堆内的热量传输出去 用于发电 4 核污染的处理 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 水泥层 放射性 深埋地下或海底 一 对核裂变和链式反应的理解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 形成链式反应 3 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 一般来说 平均每个核子放出的能量约为1mev 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t优质煤燃烧时释放的能量 裂变时能产生几万度的高温 4 用中子轰击铀核时 铀核裂变的产物是多种多样的 其中两种典型的反应是 例1 关于重核的裂变 下列说法正确的是 a 核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量b 重核裂变时释放出大量的能量 产生明显的质量亏损 所以核子数减少c 铀核自发放出 粒子 粒子时要释放能量 核电站利用的就是这一能量d 重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能 所以重核裂变成中等质量核时 要放出核能 有质量亏损答案d 解析核电站利用的是裂变链式反应所放出的核能 原子核的衰变以及人工核反应也要释放核能 但天然衰变进行得非常缓慢 放出的能量也很小 人工无法控制 实用价值不大 原子核的人工转变也放出能量 但作为 炮弹 的粒子击中原子核的机会太少 这种做法得不偿失 所以核能的获取主要是通过裂变或聚变的途径 平均结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量 或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量 重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能 即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些 可见由重核裂变成两个 中等质量的核要放出能量 选项d正确 铀核裂变放出的能量是原子核的核能 而不是中子具有的动能 选项a错误 裂变过程遵守质量数 电荷数守恒规律 b错误 衰变是自发的现象 铀核衰变后的新核仍是重核 而核电站利用的是裂变核能 选项c错误 借题发挥重核裂变的实质 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 放出更多的中子的过程 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 针对训练1关于铀核裂变 下列说法正确的是 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 最好用纯铀235d 铀块的体积对产生链式反应无影响答案bc 解析铀核受到中子的冲击 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比较多 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 而铀238只有俘获能量在1mev以上的中子才能引起裂变 且裂变的几率小 而要引起链式反应 需使铀块体积超过临界体积 故b c正确 二 裂变过程中核能的分析和计算铀核裂变释放核能的计算1 首先算出裂变反应中发生的质量亏损 m 2 根据 e mc2计算释放的核能计算时注意 m与 e单位的对应关系 若 m用kg做单位 e用j做单位 m用u做单位 e用mev做单位 1u相当于931 5mev的能量 3 若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能 应先算出铀块中有多少个铀核 设为n 则铀块裂变释放的核能e n e 例2 现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是 1 核反应方程中的 是中微子 它不带电 质量数为零 试确定生成物锆 zr 的电荷数与质量数 2 已知铀 u 核的质量为235 0439u 中子质量为1 0087u 钕 nd 核质量为142 9098u 锆核质量为89 9047u 又知1u 1 6606 10 27kg 试计算1kg铀