学年人教版选修35核裂变学案Word格式文档下载.docx
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1.核电站的工作原理
核电站的核心是__核反应堆__,其简化示意图如图所示。
各部分作用如下:
(1)核燃料:
反应堆使用浓缩铀(铀235占3%~4%)制成__铀棒__作为核燃料,释放__核能__。
(2)减速剂:
用__石墨、重水和普通水__,使裂变中产生的中子减速,以便被铀235吸收。
(3)控制棒:
由吸收中子能力很强的__镉__制成,用以控制__反应速度__。
(4)水泥防护层:
反应堆外层是很厚的__水泥壁__,可防止射线辐射出去。
(5)热交换器:
靠__水__和__液态金属钠__在反应堆内外的循环流动,把产生的热量传输出去。
2.核电站与火电站相比有何优缺点
(1)优点:
①核电站消耗的燃料__很少__。
②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量__很大__。
③火电站烧煤要放出很多污染物,而核电站放出的污染物要__少得多__。
(2)缺点:
①一旦核泄漏会造成严重的__核污染__。
②核废料处理__比较困难__。
预习反馈
『判一判』
(1)只要铀块的体积大于临界体积,就可以发生链式反应。
(×
)
(2)中子从铀块中通过时,一定发生链式反应。
(3)重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减小。
(4)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。
(√)
(5)核反应堆用过的核废料无毒无害。
『选一选』
山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦。
核电站与火电站相比较,下列说法错误的是( B )
A.核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B.就可采储量来说,地球上核燃料资源远大于煤炭
C.在经济效益方面核电与火电不相上下
D.核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性,要做特殊处理
解析:
核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量,A正确;
就可采储量所提供的能量来说,远大于煤炭所能提供的能量,而不是采储量,B错误;
在经济效益方面核电与火电不相上下,C正确;
核电站是有污染的,核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性,要做特殊处理,D正确。
『想一想』
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吗?
答案:
(1)不是
(2)不能
重核的裂变不能自发地进行,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。
探究一 重核的裂变及链式反应
S
1
1964年10月16日,中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功,其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。
爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化,在半径400m的范围内,沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质,半径1600m范围内所有动植物全部死亡
(1)巨大的核能是从哪里来的?
(2)在利用重核裂变制成的原子弹中,需不需要用镉制成的控制棒?
提示:
(1)铀核的裂变
(2)不需要
G
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)常见的裂变方程:
①
Xe+
Sr+2
n
②
Kr+3
2.链式反应的条件
(1)要有足够浓度的235U
(2)要有足够数量的慢中子
(3)铀块的体积要大于临界体积
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。
D
典例1 关于重核裂变,下列说法正确的是( D )
A.重核裂变成中等核要吸收能量
B.中子进入铀块中时,一定能发生链式反应
C.重核裂变过程中质量数减少
D.较重的核分裂成中等大小的核,核子的平均结合能会增加,可以释放出核能
解题指导:
―→
中等大小的原子核的平均结合能最大,这些核最稳定。
如果使较重的核分裂成中等大小的核,核子的平均结合能会增加,可以释放出能量。
由此知A错误,D正确;
当一个中子引起一个铀核的裂变后,放出中子,放出的中子如果能引起其他铀核裂变,链式反应才能进行,B错误;
核反应满足电荷数守恒和质量数守恒,C错误。
〔对点训练1〕 (多选)(河北省邯郸市2017~2018学年高三模拟)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其中一种裂变反应式是
n→
n。
下列说法正确的有( AC )
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
裂变反应式中的
n为中子,铀块只有体积大于临界体积,才能发生链式反应,且铀核的链式反应是可控的,A、C对B错;
放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响,D错。
探究二 核电站
2
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?
(1)核电站的核心设施是核反应堆。
(2)通过热交换器将核反应中产生的热量输送出来,推动汽轮机工作。
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,裂变反应堆的结构和工作原理如下表所示:
组成部分
材料
作用
裂变材料(核燃料)
浓缩铀(
U)
提供核燃料
慢化剂(减速剂)
石墨、重水或普通水
使裂变产生的快速中子减速
控制棒
镉
吸收减速后的中子,控制反应速度
反射层
石墨
阻止中子逃逸
热交换器
水
产生高温蒸汽,推动汽轮发电机发电
防护层
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
特别提醒:
在利用核反应堆发电时,一定要注意安全防护,历史上曾经有过核电站泄漏事故。
典例2 (多选)如图是慢中子反应堆的示意图,对核反应堆的下列说法中正确的是( BC )
A.铀235容易吸收快中子发生裂变反应
B.快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C.控制棒由镉做成,当反应过于激烈时,使控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些
D.若要使裂变反应更激烈一些,应使控制棒插入深一些,使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子,链式反应的速度就会快一些
深入理解核反应堆的工作原理,是处理该类问题的关键。
根据铀235的特点,它更容易吸收慢中子而发生裂变,A错误;
在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变,B正确;
链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数,镉控制棒可以吸收中子,因而可以控制核反应的快慢,即插入的深,吸收的多,反应将变慢,反之将加快,C正确,D错误。
〔对点训练2〕 原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它主要由四部分组成,它们是( A )
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、慢化剂、碰撞系统和传热系统
D.原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置,它主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统四部分组成,故A正确。
核能的利用与计算
1.核能的应用
原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来。
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。
2.核能的计算
(1)若以kg为质量亏损Δm的单位,则计算时应用公式ΔE=Δmc2
(2)若以原子单位“u”为质量亏损单位,则ΔE=Δm×
931.5MeV
(3)两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”,1MeV=1×
106×
1.6×
10-19J=1.6×
10-13J
案例 山东烟台海阳核电站项目,一期工程和2号常规岛正在进行设备安装,一期工程规划建设两台125万千瓦AP1000核电机组,预计2016年并网发电。
如果铀235在中子的轰击下裂变为
Sr和
Xe,质量mU=235.0439u,mn=1.0087u,mSr=89.9077u,mXe=135.9072u。
(1)写出裂变方程;
(2)求出一个铀核裂变放出的能量;
(3)若铀矿石的浓度为3%,一期工程建成后,一年将消耗多少吨铀矿石?
(2)裂变过程的质量亏损Δm=mU+mn-mSr-mXe-10mn=0.1507u
释放的能量ΔE=Δmc2=0.1507×
931MeV≈140.3MeV
(3)核电站一年的发电量E=Pt=2×
125×
107×
365×
24×
60×
60J=7.884×
1016J
由E=NΔE=
NAΔE,得m=
=
g≈4.57×
107g=45.7t
(1)
U+
Sr+
Xe+10
n
(2)140.3MeV (3)45.7t
1.(安徽省池州市2018届高三上学期期末)前不久,新华社评出2017年国际十大新闻:
朝鲜核导试验半岛局势趋紧列第五。
有关核反应方程,下列说法正确的是( A )
A.
U→
Th+
He属于α衰变
B.
N+
He→
O+
H是β衰变
C.核反应方程
Po→
X+
He中的y=206,X的中子个数为128
D.铀核裂变的核反应为
U→
Kr+2
α衰变是重核自发的放出α粒子的天然放射现象,其中α粒子是
He,故A正确;
H是发现质子的原子核人工转变,故B错误;
X的中子个数为206-82=124,故C错误;
铀核裂变属于重核裂变,不能自发进行,故D错误。
2.(湖南永州2016~2017学年高三二模)在所有能源中,核能具有能量密度大、区域适应性强的优势。
在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能。
核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量的核能。
其中用中子轰击铀核发生裂变是核反应堆中最常见的反应,请完成此核反应方程
n__;
在此核反应中,分别用mn和mp表示中子和质子的质量,用mU、mBa、mKr表示
U、
Ba、
Kr的质量,用c表示真空中的光速,该反应过程中释放的核能为__(mU-mBa-mKr-2mn)c2__。
核反应过程中质量数和电荷数分别守恒;
质量亏损等于核反应过程中,反应前的质量减反应后的质量,然后由质能方程求解核能。
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- 学年 人教版 选修 35 核裂变