粤教版选修35 4.64.7核能利用 小粒子与大宇宙 课件（25张）.ppt

第六节核能利用第七节小粒子与大宇宙 目标定位 1 了解裂变反应堆的工作原理 2 了解核电站和核能利用的优缺点 3 了解小粒子和大宇宙间的空间跨度和时间跨度 一 反应堆1 核反应堆是人工控制链式反应的装置 它主要由以下几部分组成 1 燃料 2 减速剂 铀235容易捕获慢中子发生反应 采用 作减速剂 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 铀棒 石墨 重水 吸收中子强 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 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 埋入深地层来处理 二 核电站 核能利用1 核电站利用反应堆工作时释放的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电 这就是核电站 2 核能利用 1 2 3 原子核物理实验制造各种放射性同位素 核力发电 核动力 三 小粒子与大宇宙1 从小粒子到大宇宙 空间跨度 1 大爆炸宇宙模型 大约150亿年前突然发生一次 其后逐渐诞生出恒星 星团 脉冲星 超新星 黑洞以及被称作类星体的遥远发光体等 经历150亿年演化成今天的宇宙世界 2 人类所能研究的物质世界的空间尺度 约从到 共跨越了约42个数量级 大爆炸 10 15m 1027m 2 从粒子寿命到宇宙年龄 时间跨度 1 宇宙的年龄的数量级 2 微观粒子的最短寿命 3 物质世界的时间尺度 约从到 跨越了将近个数量级 1018s 10 25s 10 25s 1018s 43 预习完成后 请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 一 核反应堆裂变反应堆是核电站的心脏 它是一种人工控制链式反应的装置 可以使核能较平缓地释放出来 裂变反应堆的结构和工作原理如下表 答案见解析 借题发挥 1 中子与靶核碰撞过程中满足动量守恒 能量守恒 2 因为靶核的质量大于中子的质量 故靶核的质量比中子的质量大得越少 减速效果越好 如质量相等时可以使中子的速度减为零 针对训练1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 以改变中子数d 利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度答案c解析控制核反应的速度是靠调节中子数目来实现 即用镉棒吸收中子改变中子数目 二 核电站的工作原理核电站是利用缓慢释放的核能来发电的 这是核能的和平利用 因此核电站是可控的链式反应 铀235裂变需要一定的条件 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 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 核子间的距离增大 因而核力迅速减弱 使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状 这样就分裂成几块 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 这就叫链式反应 原子弹中裂变一旦开始 裂变放出的快中子 又引起其他铀核裂变的速度很快 在极短的时间内释放大量的能量 因此杀伤力强大 在核电站中 核反应堆是热源 如图1为简化的核反应堆的示意图 图1 铀棒是燃料 由天然铀或浓缩铀 铀235的含量占2 4 制成 石墨 或重水 为减速剂 使反应生成的快中子变为慢中子 利于铀235吸收 发生裂变 减速剂附在铀棒周围 镉棒的作用是吸收中子 控制反应速度 所以也叫控制棒 控制棒插入深些 吸收中子多 反应速度变慢 插浅一些 吸收中子少 反应速度加快 采用电子仪器自动地调节控制棒的升降 就能使反应堆安全正常地工作 2 有一座发电能力为p 1 00 106kw的核电站 核能转化为电能的效率 40 假定反应堆中发生的裂变反应全是本题 1 中的核反应 已知每次核反应过程中放出的核能 e 2 78 10 11j 铀核的质量mu 390 10 27kg 求每年 1年 3 15 107s 消耗的u的质量 三 对粒子的认识 例3 正电子 负质子等都属于反粒子 它们跟普通电子 质子的质量 电量均相等 而电性相反 科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质 反物质 1997年初和年底 欧洲和美国的科研机构先后宣布 他们分别制造出9个和7个反氢原子 这是人类探索反物质的一大进步 你推测反氢原子的结构是 a 由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成b 由一个带负电荷的质子