鲁科版选修35 核裂变 课件（46张）.ppt

核裂变 一 核裂变及链式反应1 核裂变 重核被 轰击后分裂成两块质量差不多的碎块的核反应 2 铀核裂变 用中子轰击铀核时 铀核发生裂变 其产物是多样的 其中一种典型的裂变是3 链式反应 由重核裂变产生的中子使裂变反应 继续下去的过程叫核裂变的链式反应 中子 一代接一代 4 临界体积和临界质量 把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积 相应的质量叫作临界质量 5 核裂变的能量 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于 标准煤完全燃烧时释放的化学能 2800t 判一判 1 铀核裂变的产物是固定的 就是生成钡和氪 同时放出3个中子 2 裂变中放出的中子数目是固定的3个中子 3 只有铀块的体积大于临界体积时 才能够发生链式反应 提示 1 铀核裂变的产物是多样的 2 裂变中放出的中子数目有多有少 3 只有铀块的体积大于临界体积时 裂变产生的中子才能够有足够的概率打中某个铀核 使链式反应进行下去 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 作慢化剂 反应堆 铀棒 石墨 重水或普通水 3 控制棒 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隔棒 镉 的能力很强 当反应过于激烈时 将隔棒插入深一些 让它多吸收一些中子 链式反应的速度会慢一些 这种镉棒叫作控制棒 吸收中子 2 工作原理 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循环流动 把反应堆内的 传输出去 用于发电 同时也使反应堆冷却 4 核污染的处理 为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源 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 放出的各种射线 核废料具有很强的 需要装入特制的容器 深埋地下 核燃料裂变 热量 水泥层 裂变反应 放射性 判一判 1 在核反应中 中子的速度越大越容易击中铀核 2 核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度 3 核反应堆用过的核废料无毒无害 提示 1 在核反应中 中子的速度不能太快 否则不能发生核裂变 2 核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度 3 核反应堆用过的核废料具有很强的放射性 需要装入特制的容器深埋地下 一 对重核裂变和链式反应的分析思考探究 如图为核裂变示意图 1 重核裂变是一种天然现象吗 2 只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应 提示 1 重核裂变不是天然现象 是中子轰击才能发生的核反应 2 有中子轰击铀块 铀块的体积大于临界体积 这样就可以产生链式反应 归纳总结 1 铀核的裂变和裂变方程 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或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 常见的裂变方程 2 链式反应的条件 1 有慢中子轰击 2 铀块的体积大于临界体积 或铀块的质量大于临界质量 以上两个条件满足一个 则另一个条件自动满足 3 裂变反应的能量 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 一个铀235核裂变时释放的能量如果按200mev估算 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量 裂变时能产生几百万度的高温 4 铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应 在天然铀中 主要有两种同位素 99 3 的是铀238 0 7 的是铀235 中子能引起这两种铀核发生裂变 但它们和中子发生作用的情况不同 1 铀235 俘获各种能量的中子都会发生裂变 且俘获低能量的中子发生裂变的概率大 2 铀238 只有俘获能量大于1mev的中子才能发生裂变 且裂变的几率小 能量低于1mev的中子只与铀核发生弹性碰撞 不引起裂变 因此 为了使链式反应容易发生 最好利用纯铀235 特别提醒 1 裂变的中子方面 铀核裂变的产物是多样的 放出的中子数目有多有少 中子的速度也有快有慢 2 发生链式反应的条件方面 裂变物的体积必须大于临界体积才能发生链式反应 典例示范 1938年哈恩用中子轰击铀核 发现产物中有原子核钡 ba 氪 kr 中子和一些 射线 下列关于这个实验的说法中正确的是 a 这个实验的核反应方程是b 这是一个核裂变过程 反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和c 这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算d 实验中产生的 射线穿透能力极强 解题探究 1 怎样分析判断核反应方程是否正确 提示 根据反应前后质量数守恒 电荷数守恒分析判断 2 如何判断反应前后粒子的质量关系 提示 根据核反应是吸能还是放能反应判断 正确解答 选d 根据质量数守恒 电荷数守恒 铀核裂变的核反应方程应为 选项a不正确 铀核裂变过程中产生 射线 放出能量 发生质量亏损 释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算 选项b c不正确 核反应中产生的 射线 穿透能力极强 是能量极高的光子 选项d正确 过关训练 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 选d 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 发生链式反应是有条件的 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 2 2015 江苏高考 核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电 是核电站常用的核燃料 受一个中子轰击后裂变成两部分 并产生个中子 要使链式反应发生 裂变物质的体积要 选填 大于 或 小于 它的临界体积 解析 由质量数和电荷数守恒可知 可见产生了3个中子 链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积 答案 3大于 补偿训练 1 下列核反应中 表示核裂变的是 解析 选c 是 衰变 是 衰变 是人工转变 只有c选项是重核裂变 2 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 选c 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 规律方法 准确理解裂变的特点 1 重核受中子轰击后生成中等质量的核 2 裂变中一般产生2 3个中子 3 裂变时产生质量亏损放出能量 二 核电站的结构及工作原理思考探究 如图所示为核电站工作流程示意图 1 核电站的核心设施是什么 2 核电站是如何实现能量的转化与转移的 提示 1 核反应堆是核电站的核心设施 原子核的链式反应在此进行 2 在核反应堆中核能转化为内能 在第一回路通过水或钠将反应堆内的热量传输出去 在第二回路用于发电 内能转化为电能 归纳总结 1 核电站的主要组成 核电站的核心设施是核反应堆 反应堆用的核燃料是铀235 它的主要部件列表如下 2 反应堆工作原理 1 热源 在核电站中 核反应堆是热源 如图为简化的核反应堆示意图 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 重水 为慢化剂 使反应生成的快中子变为慢中子 便于铀235的吸收 发生裂变 慢化剂附在铀棒周围 2 控制棒 镉棒的作用是吸收中子 控制反应速度 所以也叫控制棒 控制棒插入深一些 吸收中子多 反应速度变慢 插入浅一些 吸收中子少 反应速度加快 采用电子仪器自动调节控制棒插入深度 就能控制核反应的剧烈程度 3 冷却剂 核反应释放的能量大部分转化为内能 这时通过水 液态钠等作冷却剂 在反应堆内外循环流动 把内能传输出去 用于推动蒸汽机 使发电机发电 发生裂变反应时 会产生一些有危险的放射性物质 很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面 3 核电站发电的优点 1 消耗的核燃料少 2 作为核燃料的铀 钍等在地球上可采储量大 所能提供的能量大 3 对环境的污染要比火力发电小 典例示范 多选 2013 广东高考 铀核裂变是核电站核能的重要来源 其一种裂变反应式是下列说法正确的有 a 上述裂变反应中伴随着中子放出b 铀块体积对链式反应的发生无影响c 铀核的链式反应可人工控制d 铀核的半衰期会受到环境温度的影响 解题探究 1 链式反应有什么特点 提示 反应产生的中子多于反应需要的中子 铀块体积要大于临界体积 2 原子核的半衰期由什么因素决定 提示 由元素本身决定 与原子核所处的物理 化学状态无关 正确解答 选a c 核裂变反应是重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应 a选项正确 铀块要发生链式反应需达到一定的体积 b选项错误 链式反应可人工控制用以建立核电站 c选项正确 原子核的半衰期由原子核本身的性质决定 与其所处的环境或状态无关 d选项错误 过关训练 1 拓展延伸 典例示范 中 若铀核裂变放出的不是3个中子而是两个中子 发生了如下的核反应 则a b可能是 解析 选d 根据题中所给裂变反应方程 质量数守恒 电荷数守恒 故a b的质量数应为235 1 2 234 电荷数应为92 故只有d选项正确 2 核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置 它的主要组成部分是 a 原子燃料 慢化剂 冷却系统和控制调节系统b 原子燃料 慢化剂 发热系统和传热系统c 原子燃料 调速剂 碰撞系统和热系统d 原子燃料 中子源 原子能聚存和输送系统 解析 选a 核反应堆的主要部分包括 燃料 即浓缩铀235 慢化剂 采用石墨 重水或普通水 控制棒 控制链式反应的速度 冷却系统 水或液态钠等流体在反应堆内外循环流动 把反应堆的热量传输出去用于发电 故a正确 b c d错 补偿训练 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 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 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 即控制反应堆功率 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 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 解析 选c 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 误区警示 对重核裂变的三个误区 1 误认为既然重核裂变时有质量亏损 那重核裂变时质量就不守恒 因此质量数也不守恒 产生这种误区的原因是对重核裂变反应的本质及核反应的规律理解不到位 核反应遵守的是质量数和电荷数守恒而非质量守恒 只有反应前后有质量亏损 核反应才能向外释放出能量 2 误把核反应方程中的单向箭头写成等号 产生这种误区的原因是把核反应方程和化学方程式混淆了 核反应方程一般都是不可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示核反应的方向 而不能用等号来连接 3 误认为只要满足反应前后电荷数和质量数相等的核反应一定能够发生 产生这种误区的原因是对核反应的规律理解太机械 核反应要以实验为基础写出生成物的种类 即所书写的核反应方程必须是能够真实发生的 不能仅仅依据质量数和电荷数守恒编造不存在的核反应方程 拓展例题 考查内容 裂变过程的核能计算 典例示范 用中子轰击铀核 其中的一个可能反应是分裂成钡 和氪 两部分 放出3个中子 各个核和中子的质量如下