高中物理 19.6核裂变（探究导学课型）课件 新人教版选修35.ppt

6核裂变 1 知道重核的裂变反应 2 知道链式反应的发生条件 3 了解裂变反应堆的工作原理 了解常用裂变反应堆的类型 4 知道核电站的工作模式 一 核裂变1 定义 重核被中子轰击 为两个或三个质量中等的原子核并释放 的过程 2 铀核的裂变 用 轰击铀核时发生的裂变 其典型的反应 分裂 核能 中子 3 链式反应 由重核裂变产生的 使裂变反应一代接一代继续下去的过程 4 链式反应的条件 裂变反应的物质必须 发生链式反应的最小体积即 体积 或大于等于相应的质量即 质量 5 能量的释放 核裂变释放的能量巨大 1kg铀235全部裂变时释放的能量相当于 t标准煤完全燃烧时释放的化学能 中子 大于等于 临界 临界 2800 二 核电站1 核电站 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 铀235容易捕获慢中子发生反应 采用 或 作慢化剂 反应堆 铀棒 石墨 重水 普通水 3 控制棒 为了控制能量释放的速度 就要想办法减少中子的数目 采用在反应堆中插入镉棒的方法 利用镉 的特性 就可以容易地控制链式反应的速度 吸收中子 2 工作原理 核燃料裂变释放能量 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 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中 循 环流动 核射线 放射性物质 水泥层 放射性 深埋地下 1 判一判 1 原子核发生放射性衰变的过程也是核裂变的过程 2 核裂变是用中子轰击重核使之分裂实现的 3 链式反应的条件是反应物质必须大于等于其临界体积或临界质量 4 慢化剂是起减慢裂变反应速度作用的 提示 1 重核被中子轰击分裂成为两个或三个质量中等的原子核并释放核能的过程才是核裂变 2 核裂变就是重核被中子轰击分裂为两个或三个质量中等的原子核并释放核能的过程 3 链式反应的条件是反应物质必须大于等于其临界体积或临界质量 4 慢化剂是使快中子变为慢中子而不是起控制裂变反应速度作用的 2 想一想 1 重核的裂变能够自发地进行吗 提示 不能自发地进行 只能发生在人工控制的核反应中 只有达到链式反应的条件时 才会发生重核的裂变 2 铀核裂变的核反应方程是唯一的吗 提示 不是 铀核裂变的生成物并不确定 所以其核反应方程不是唯一的 主题一探究核裂变 问题探究 1 有的同学认为 因为重核裂变时每次都会释放两个或三个中子 这些中子又使其他铀核发生裂变 所以链式反应一定会自动进行下去 不需要什么条件 这种观点正确吗 提示 不正确 因为原子核的体积非常小 原子内部的空间很大 中子接近原子核的机会很小 如果铀块的体积不是很大 中子在铀块中通过时有可能碰不到铀核就跑到铀块外面了 链式反应也就不能进行了 所以铀块要有一定的体积 才能保证裂变产生的中子有足够的概率打中某个轴核 使裂变进行下去 2 核裂变时为什么会有能量释放 如何计算核裂变时释放的能量 提示 因为重核的比结合能比中等质量核的比结合能小 所以重核分裂成中等质量的原子核时能释放出较大的能量 核能的释放可以根据核裂变前后的质量亏损 由质能方程求出 3 原子弹应用的是什么核反应 它是根据什么原理制成的 它是如何实现链式反应的 提示 原子弹是根据重核的裂变原理制成的 是铀核裂变的链式反应 制成时是由两块或几块小于临界体积的铀块分离构成 引爆时 可通过普通炸药使原来分离的几块铀块相互靠近挤压形成一块大于等于临界体积的铀块而发生链式反应 从而瞬间释放巨大的能量即核爆炸 4 原子弹爆炸时发生了什么样的核反应 提示 重核裂变的链式反应 原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的 在极短时间内能够释放大量核能 发生猛烈爆炸 5 铀235裂变需要满足什么样的条件 提示 1 要有足够浓度的铀235 2 要有足够数量的慢中子 3 铀块的体积要大于临界体积 探究总结 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式 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 发生链式反应的三大条件 1 要有足够浓度的铀235 浓缩铀 因为铀235可以俘获各种能量的中子 2 要有足够数量的慢中子 因为铀235俘获慢中子的概率大 3 要有足够大的铀块 即铀块的体积不小于临界体积 不会使中子还未碰到铀核就逸出铀块 即时训练 1 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的能量 产生明显的质量亏损 所以核子数减少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 解题探究 1 链式反应的条件是铀块的体积必须大于其 2 重核裂变时 要发生 核能 质量数和电荷数 临界体积 质量亏损 放出 守恒 解析 选d 根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知 裂变时因铀核俘获中子即发生核反应 是核能转化为其他形式能的过程 因此其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量 a错 链式反应是有条件的 即铀块的体积必须大于等于其临界体积 如果体积小 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 b错 铀核裂变的质量亏损远小于一个核子的质量 核子数不会减少 c错 重核裂变为中等质量的原子核时 由于平均质量减小 发生质量亏损 从而释放出核能 d正确 2 2014 孝感高二检测 一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应 其裂变方程式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 解析 选a 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 主题二核电站 问题探究 1 结合下表分析核电站中反应堆的主要构造及作用 提供核燃料 石墨 重水 或普通水 使裂变产生的快中子减速变 为慢中子 镉 吸收减速后的中子 控制反应 速度 石墨 阻止中子逃逸 水 产生高温高压蒸汽 推动汽 轮发电机发电 金属套和钢 筋混凝土 防止射线对人体及其他生物 体的侵害 2 为什么要用慢化剂将裂变产生的快中子变为慢中子 用什么作慢化剂 提示 中子的速度不能太快 否则会与铀235原子核擦肩而过 不能被铀核捉住也就不能发生裂变反应 实验证明只有速度与热运动速度相当的中子最适于引发裂变 所以要设法使裂变产生的速度很大的快中子减速 为此要在铀棒周围放 慢化剂 使快中子跟慢化剂中的原子核碰撞 使快中子的能量减小 变为慢中子即热中子 常用的慢化剂有石墨 重水和普通水 3 原子弹也是链式反应的核裂变 它在瞬间释放巨大的能量 如何使核裂变的速度慢下来 用什么控制裂变的速度 提示 调节中子的数量就可以调节裂变的原子核的数量 就可达到控制核裂变的反应速度的目的 镉吸收中子的能力很强 在铀棒之间插进一些镉棒 当裂变反应过于激烈时 将镉棒插入得深一些 让它多吸收一些中子 链式反应的速度就会慢一些 链式反应过缓时可以把镉棒向外抽出一些 使它少吸收一些中子 链式反应的速度就会加快一点 从而使得链式反应得到控制 4 如何实现裂变释放的核能转变为电能 核反应有很强的放射性 如何防止核泄漏和核辐射 提示 反应堆内释放的热量通过水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动传到热交换器 再通过热交换器传到第二回路的水使水吸热变为蒸汽 通过蒸汽推动汽轮机带动发电机发电 反应堆是建在很坚固的金属壳之内的 第一回路循环和第二回路的热交换器 全部用很厚的水泥防护层罩住 从而可以严防核辐射的泄漏 探究总结 1 核能的利用 1 核武器 原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短的时间内释放出来 2 核电站 核电站是利用缓慢释放的核能来发电 这是核能的和平利用 3 核反应堆 原子核的链式反应可以在人工控制下进行 使核能较平缓地释放出来 这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务 2 核电站的环保性和安全性 1 核电站不排放二氧化碳 氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体和烟尘 有利于环境保护 2 为防止放射性物质的泄露 核电站一般有4道安全屏障 大大提高了核能利用的安全性 即时训练 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 可以通过调节镉棒来调节反应堆的功率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 选a b d 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 所以可以调节反应堆的功率 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 2 铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是 1 试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量 的质量分别为235 0439u 140 9139u 91 8973u 1 0087u 2 1kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能 它相当于燃烧多少煤释放的能量 煤的热值为2 94 107j kg 阿伏加德罗常数na 6 02 1023mol 1 解题探究 1 求一个铀原子核裂变后释放的能量用公式 计算 2 x千克铀原子核所含原子核个数的公式 e mc2 解析 1 裂变反应的质量亏损为 m 235 0439 1 0087 140 9139 91 8973 3 1 0087 u 0 2153u 一个铀