19.6核裂变 2

1、第六节第六节 核裂变核裂变第十九章第十九章吉水二中李拥军吉水二中李拥军一、核裂变：一、核裂变：U23592n10+Ba14156Kr9236+n310U23592n10+Ba14156Kr9236+n310 kg103578. 027mMeV2002mcE 1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2800t优质煤完全燃烧时释放的能量。=1、裂变过程中能放出巨大的能量（、裂变过程中能放出巨大的能量（200MeV）裂裂变变的的特特点：点：2 2、产物不唯一、产物不唯一我国科学家我国科学家钱三强钱三强、何泽慧何泽慧夫夫妇于妇于1947年在实验中观察到铀年在实验中观察到铀核也可能分裂为核也可能分裂为三部分三

2、部分或者或者四四部分部分，其概率大约是分裂为两，其概率大约是分裂为两部分的概率的部分的概率的千分之三千分之三裂变的特点：裂变的特点：一般来说，一个铀核裂变要放出一般来说，一个铀核裂变要放出2 23 3个中个中子，这些中子又会引起新的裂变、释放更子，这些中子又会引起新的裂变、释放更多的能量。多的能量。裂变的特点：裂变的特点：3、核裂变要放出核裂变要放出2 23 3个中子个中子核裂变的核裂变的链式反应链式反应当一个当一个中子中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子引起一个铀核裂变后，裂变释放的中子再引起其他铀核裂变，且能不断继续下去。再引起其他铀核裂变，且能不断继续下去。 链链 式式 反反 应应链式

3、反应的条件链式反应的条件：（以下条件满足一个即可）：（以下条件满足一个即可）1 1、裂变物质的体积、裂变物质的体积大于大于临界体积临界体积。2 2、裂变物质的质量、裂变物质的质量大于大于临界质量临界质量。原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块通过时，就有可能碰不到铀块不够大，中子在铀块通过时，就有可能碰不到铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续，只有铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续，只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应继续进行下去，能够发

4、打中某个铀核，使链式反应继续进行下去，能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积临界体积。相应的质量叫做相应的质量叫做临界质量临界质量。重核的裂变能够自发的进行吗？重核的裂变能够自发的进行吗？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。内爆式原子弹枪式原子弹枪式原子弹 “ “小玩意儿小玩意儿”钚装药重钚装药重6.16.1千克，千克，TNTTNT当量当量2.22.2万万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座压，致使一座3030米高的铁塔被熔化为气体，并在地米高的铁塔

5、被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑面上形成一个巨大的弹坑 在半径为在半径为400400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为色的玻璃状物质，半径为16001600米的范围内，所有的米的范围内，所有的动物全部死亡动物全部死亡 “ “原子弹之父原子弹之父” ” 奥本海默在核爆观测站里感到十奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉我是死神，我是世界的毁灭者辉我是死神，我是世界的毁灭者”爆炸爆

6、炸描绘描绘一位当年的爆炸目击者一位当年的爆炸目击者 的的一幅画：一幅画：在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒。出彩虹一般绚丽的光芒。 原子弹爆炸蘑菇云发展图原子弹爆炸蘑菇云发展图年月日我国第年月日我国第一一颗颗原子原子弹弹爆炸成功。爆炸成功。广岛红十字医院里，一个严重广岛红十字医院里，一个严重烧伤的学生仰面躺在一张草席烧伤的学生仰面躺在一张草席上。他的五官几乎全被原子弹上。他的五官几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了。四天爆炸产生的热浪抹掉了。四天后他死了。后他死了。倒塌的钢架结构建筑物倒塌的钢架结构建筑物 水泥防护层水泥防护层控制棒控制棒镉棒镉棒

7、燃料棒燃料棒铀棒铀棒减速（慢减速（慢化）剂化）剂是利用可控链式反应释放出能量发电。核是利用可控链式反应释放出能量发电。核心设备是核反应堆。心设备是核反应堆。反应堆：反应堆：核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置。核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置。慢化剂慢化剂：铀：铀235235容易捕获慢中子发生反应，采用石容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水作慢化剂。墨、重水或普通水作慢化剂。燃料燃料：铀棒：铀棒控制棒控制棒：镉吸收中子。：镉吸收中子。核电站的核电站的特点：特点：1.1.消耗的消耗的“燃料燃料”少少 核电站只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能。例如一座100万千瓦的

8、火力发电厂每年要耗煤三、四百万吨，而相同功率的核电站每年只需核燃料三、四十吨，这就大大减少了燃料的运输。2.2.成本低成本低 虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂得多，但是最后核算下来的成本仍然要比火力发电站低20%以上.所以世界上很多国家都在大力发展核电站.到1989年，全世界运行中的核电站已有434座，总装机容量约32000万千瓦，发电量占全世界总发电量的17%，预计到21世纪，核能发电将达到世界总发电量的30%以上，核能将成为21世纪的主要能源之一.秦山核电站我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电站已经运行发电了. 19941994年底，全世

9、界核电站的发电量已经年底，全世界核电站的发电量已经占总发电量的占总发电量的17%17%。我国十分重视核能的利用，。我国十分重视核能的利用，目前，秦山核电站和大亚湾核电站已经运行目前，秦山核电站和大亚湾核电站已经运行发电，几座新的核电站正在建设之中。发电，几座新的核电站正在建设之中。 核电站实施纵深核电站实施纵深防御、多重保护、防御、多重保护、多样性的设计原则，多样性的设计原则，确保核安全。以秦确保核安全。以秦山核电站为例，它山核电站为例，它有三道屏障，用于有三道屏障，用于防止放射性物质的防止放射性物质的外泄。外泄。典例分析一 对裂变的理解例1:关于铀核裂变,下述说法中正确的是( )A.铀核裂变

10、的产物多种多样,但只能裂变成两种不同的核B.铀核裂变时一般释放2-3个中子C.为了使裂变的链式反应能够进行,铀块的体积必须大于等于临界体积D.铀块的体积对产生链式反应无影响解析:铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物多种多样,具有极大的偶然性,但裂变成两块的情况多,也有的分裂成多块并放出几个中子,故A选项错误;B选项正确;铀发生裂变反应后释放2-3个中子.如果发生链式反应,铀块的体积必须大于等于临界体积,否则中子穿过铀块时,可能不与铀核发生碰撞,从而反应不能继续下去,故C选项正确,D选项错误.答案:BC1.关于裂变反应,下列说法中正确的是( )A.用中子轰击铀核发生裂变,一定分裂为质量差不

11、多的两块B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量C.铀核发生裂变时可能产生二 三或四部分D.所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应答案:BC巩固练习2.为使链式反应平稳进行,可采用下列的办法( )A.铀块可分制成任何的体积B.铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C.通过慢化剂将产生的中子减速D.用镉棒可作为慢化剂使中子减速解析:由于使铀块发生链式反应的体积大于临界体积,故A选项错误;铀核裂变产生的中子为快中子,不能直接去轰击铀核,必须使用慢化剂减速,而镉棒是用来控制中子数量的,故C选项正确,B D选项错误.答案:C1.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它主要有哪四部分组成

12、( )A.核燃料 减速剂 冷却系统 控制调节系统B.核燃料 减速剂 发热系统和传热系统C.核燃料 减速剂 碰撞系统和传热系统D.核燃料 中子源 核能聚存系统和输送系统答案:A二、裂变中能量的应用-核电站2.原子核反应有广泛的应用,如用于核电站等,在下列核反应中属于裂变反应的是( )A.10 5B+10n73Li+42HeB.238 92U234 90Th+42HeC.14 7N+42He17 8O+11HD.235 92U+10n141 56Ba+9236Kr+310n答案:D3.镉棒在反应堆中所起的作用( )A.使快中子变成慢中子B.使慢中子变成快中子C.使反应速度加快D.控制反应速度,调节

13、反应速度的快慢答案:D三 裂变中能量的计算例2:用中子轰击铀核(235 92U),其中一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)两部分,放出了中子,各个核的质量如下mU=390.313910-27 kgmn=1.674910-27 kgmBa=234.001610-27 kgmKr=152.604710-27 kg试写出核反应方程,算出反应中释放的核能.解析:(1)核反应方程为10n+235 92U141 56Ba+9236Kr+310n(2)核反应前后的质量亏损m=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.357810-27 kg由爱因斯坦质能方程,得E=mc2=0.357

14、810-27(3.00108)2 J=3.220210-11 J答案:(1)10n+235 92U141 56Ba+9236Kr+310n(2)3.220210-11 J解析:解答本题可按以下思维过程进行一个铀235裂变释放的能量1 kg铀的原子核数1 kg铀235裂变释放的能量相当于x吨煤释放的能量首先求出1 kg铀235中含有的原子核数,然后即可根据已知求解.(1)1 kg铀235中含有的原子核数为:6.021023个=2.5621024个每个轴核裂变放出200 MeV的能量,则1 kg铀核裂变能释放E=2.5621024200 MeV=5.1241026 MeV=5.12410321.6

15、10-19 J=8.21013 J.1000235练习练习1:已知一个铀已知一个铀235核裂变时能释放核裂变时能释放200 MeV的能的能量量,问问1 kg铀完全裂变能释放多少能量铀完全裂变能释放多少能量?相当于多少吨相当于多少吨燃烧值为燃烧值为2.94107 J/kg的煤所放出的能量的煤所放出的能量?(2)设与1 kg铀235相当的优质煤是m kg,则有:m2.94107 J/kg=8.21013 Jkg=2.789106 kg=2789 t答案:(1)8.21013 J (2)2789 t1378.2 102.94 10m 练习2、1个铀235吸收1个中子发生核反应时,大约放出196 MeV的能量,则1 g纯铀235完全发生反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)( ) A.NA196 MeV B.235NA196 MeV C.235196 MeV D.196235ANMeV解析:由于1 mol铀的质量为235 g,1 g铀235的摩尔数为,因此1 g铀235释放的能量为,故D选项正确. 答案:D1235196235ANMeV3.原