物理3-519.6.ppt
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6核裂变一、核裂一、核裂变及及链式反式反应1.1.核裂核裂变:
重核被重核被_轰击后分裂成两后分裂成两块质量差不多量差不多的碎的碎块的核反的核反应。
2.2.铀核裂核裂变:
用中子用中子轰击铀核核时,铀核核发生裂生裂变,其其产物物是多是多样的的,其中一种典型的裂其中一种典型的裂变是是中子中子3.3.链式反式反应:
由重核裂由重核裂变产生的中子使裂生的中子使裂变反反应_继续下去的下去的过程叫核裂程叫核裂变的的链式反式反应。
4.4.临界体界体积和和临界界质量量:
把裂把裂变物物质能能够发生生链式反式反应的最小体的最小体积叫作它的叫作它的临界体界体积,相相应的的质量叫作量叫作临界界质量。
量。
5.5.核裂核裂变的能量的能量:
1kg:
1kg铀235235全部裂全部裂变放出的能量相当于放出的能量相当于_标准煤完全燃准煤完全燃烧时释放的化学能。
放的化学能。
一代一代接一代接一代2800t2800t二、核二、核电站站1.1.核核电站站:
利用核能利用核能发电,它的核心它的核心设施是施是_,_,它它主要由以下几部分主要由以下几部分组成成:
(1)
(1)燃料燃料:
_:
_。
(2)
(2)慢化慢化剂:
铀235235容易捕容易捕获慢中子慢中子发生反生反应,采用采用_作慢化作慢化剂。
反反应堆堆铀棒棒石墨、重水或普通水石墨、重水或普通水(3)(3)控制棒控制棒:
为了了调节中子数目以控制反中子数目以控制反应速度速度,还需要需要在在铀棒之棒之间插插进一些隔棒。
一些隔棒。
镉_的能力很的能力很强强,当反当反应过于激烈于激烈时,将隔棒插入深一些将隔棒插入深一些,让它多吸收一它多吸收一些中子些中子,链式反式反应的速度会慢一些的速度会慢一些,这种种镉棒叫作控制棒叫作控制棒。
棒。
吸收中子吸收中子2.2.工作原理工作原理:
_:
_释放的能量放的能量,使反使反应区温度升区温度升高。
高。
3.3.能量能量输出出:
利用水或液利用水或液态的金属的金属钠等流体在反等流体在反应堆内堆内外循外循环流流动,把反把反应堆内的堆内的_传输出去出去,用于用于发电。
同同时也使反也使反应堆冷却。
堆冷却。
核燃料裂核燃料裂变热量量4.4.核核污染的染的处理理:
为避免射避免射线对人体的人体的伤害和放射性物害和放射性物质对水源、空气和工作水源、空气和工作场所造成的放射性所造成的放射性污染染,在反在反应堆的外面需要修建很厚的堆的外面需要修建很厚的_,_,用来屏蔽用来屏蔽_放出的各种射放出的各种射线,核核废料具有很料具有很强强的的_,_,需要装入需要装入特制的容器特制的容器,深埋地下。
深埋地下。
水泥水泥层裂裂变反反应放射性放射性【预习诊断断】1.1.请判断下列判断下列说法的正法的正误。
(1)
(1)铀核裂核裂变的的产物是固定的物是固定的,就是生成就是生成钡和和氪,同同时放出放出33个中子。
个中子。
()
(2)
(2)衰衰变是原子核分成了两部分是原子核分成了两部分,所以所以衰衰变也是核裂也是核裂变。
()(3)(3)只有只有铀块的体的体积大于大于临界体界体积时,才能才能够发生生链式反式反应。
()(4)(4)在核反在核反应中中,用来用来轰击铀核的是慢中子。
核的是慢中子。
()(5)(5)核反核反应堆是通堆是通过调节中子数目以控制反中子数目以控制反应速度的。
速度的。
()(6)(6)核反核反应堆用堆用过的核的核废料无毒无害。
料无毒无害。
()提示提示:
(1)
(1)。
铀核裂变的产物是多样的。
铀核裂变的产物是多样的。
(2)
(2)。
核裂变是重核被分裂成两块质量差不多的碎块。
核裂变是重核被分裂成两块质量差不多的碎块的核反应的核反应,衰变不是核裂变。
衰变不是核裂变。
(3)(3)。
只有铀块的体积大于临界体积时。
只有铀块的体积大于临界体积时,裂变产生的裂变产生的中子才能够有足够的概率打中某个铀核中子才能够有足够的概率打中某个铀核,使链式反应进使链式反应进行下去。
行下去。
(4)(4)。
在核反应中。
在核反应中,中子的速度不能太快中子的速度不能太快,否则不能发否则不能发生核裂变生核裂变,所以用来轰击铀核的是慢中子。
所以用来轰击铀核的是慢中子。
(5)(5)。
核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。
核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度的。
的。
(6)(6)。
核反应堆用过的核废料具有很强的放射性。
核反应堆用过的核废料具有很强的放射性,需需要装入特制的容器深埋地下。
要装入特制的容器深埋地下。
2.2.链式反式反应中中,重核裂重核裂变时放出的可以使裂放出的可以使裂变不断不断进行行下去的粒子是下去的粒子是()A.A.质子子B.B.中子中子C.C.粒子粒子D.D.粒子粒子【解析解析】选选BB。
重核裂变时放出中子。
重核裂变时放出中子,中子再轰击其他重中子再轰击其他重核发生新的重核裂变核发生新的重核裂变,形成链式反应形成链式反应,B,B项正确。
项正确。
3.3.裂裂变反反应中中释放出的能量来自放出的能量来自()A.A.核子消失核子消失转化化为能量能量B.B.原子中原子中电子与原子核的子与原子核的电势能减小能减小C.C.入射的中子消失入射的中子消失转化化为能量能量D.D.原子核的比原子核的比结合能合能变大大,释放出能量放出能量【解析解析】选选DD。
发生裂变反应过程中。
发生裂变反应过程中,核子数保持守恒核子数保持守恒,中子未消失中子未消失,故故AA、CC错误错误;能量来自原子核内部能量来自原子核内部,由于重核由于重核在分裂为中等质量的原子核时在分裂为中等质量的原子核时,比结合能增加而释放出比结合能增加而释放出能量能量,B,B错误错误,D,D正确。
正确。
4.(4.(多多选)关于核能的关于核能的获得得,下列下列说法中正确的是法中正确的是()A.A.核反核反应堆主要堆主要组成部分是原子燃料、成部分是原子燃料、调速速剂、碰撞、碰撞系系统和和热系系统B.B.在核反在核反应堆中堆中,为使快中子减速使快中子减速,常用的慢化常用的慢化剂有石墨、有石墨、重水和普通水重水和普通水C.C.核核电站是使核能站是使核能转化化为内能再通内能再通过汽汽轮发电机机转化化为电能的装置能的装置D.D.目前目前,在核在核电站的反站的反应堆中堆中发生的是可控制的核聚生的是可控制的核聚变【解析解析】选选BB、CC。
核反应堆主要组成部分是原子燃料、。
核反应堆主要组成部分是原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统慢化剂、冷却系统和控制调节系统,常用的慢化剂有石常用的慢化剂有石墨、重水和普通水墨、重水和普通水,A,A选项错误选项错误,B,B选项正确选项正确;目前目前,在核电在核电站的反应堆中发生的是可控制的核裂变站的反应堆中发生的是可控制的核裂变,D,D选项错误选项错误;核核电站是使核能转化为内能再通过汽轮发电机转化为电电站是使核能转化为内能再通过汽轮发电机转化为电能的装置能的装置,C,C选项正确。
选项正确。
知知识点一点一对重核裂重核裂变和和链式反式反应的分析的分析探究探究导入入:
如如图为核裂核裂变示意示意图。
(1)
(1)试写出一种写出一种铀核裂核裂变的核反的核反应方程。
方程。
(2)
(2)只要有中子只要有中子轰击铀块就可以就可以产生生链式反式反应吗?
提示提示:
(1)
(1)
(2)
(2)有中子轰击铀块有中子轰击铀块,铀块的体积大于临界体积铀块的体积大于临界体积,这样就这样就可以产生链式反应。
可以产生链式反应。
【归纳总结】1.1.铀核的裂核的裂变和裂和裂变方程方程:
(1)
(1)核子受激核子受激发:
当中子当中子进入入铀235235后后,便形成了便形成了处于激于激发状状态的复核的复核,复核中由于核子的激烈运复核中由于核子的激烈运动,使核使核变成不成不规则的形状。
的形状。
(2)
(2)核子分裂核子分裂:
核子核子间的距离增大的距离增大,因而核力迅速减弱因而核力迅速减弱,使使得原子核由于得原子核由于质子子间的斥力作用而分裂成几的斥力作用而分裂成几块,同同时放放出出22或或33个中子个中子,这些中子又引起其他些中子又引起其他铀核裂核裂变,这样,裂裂变就会不断地就会不断地进行下去行下去,释放出越来越多的核能。
放出越来越多的核能。
(3)(3)常常见的裂的裂变方程方程:
2.2.链式反式反应的条件的条件:
(1)
(1)有慢中子有慢中子轰击。
(2)
(2)铀块的体的体积大于大于临界体界体积,或或铀块的的质量大于量大于临界界质量。
量。
以上两个条件以上两个条件满足一个足一个,则另一个条件自另一个条件自动满足。
足。
3.3.裂裂变反反应的能量的能量:
铀核裂核裂变为中等中等质量的原子核量的原子核,发生生质量量亏亏损,所以放出能量。
一个所以放出能量。
一个铀235235核裂核裂变时释放的能放的能量如果按量如果按200MeV200MeV估算估算,1kg,1kg铀235235全部裂全部裂变放出的能量相放出的能量相当于当于2800t2800t标准煤完全燃准煤完全燃烧时释放的能量放的能量,裂裂变时能能产生生几百万度的高温。
几百万度的高温。
4.4.铀的同位素中的同位素中铀235235比比铀238238更易更易发生生链式反式反应:
在天然在天然铀中中,主要有两种同位素主要有两种同位素,99.3%,99.3%的是的是铀238,0.7%238,0.7%的是的是铀235,235,中子能引起中子能引起这两种两种铀核核发生裂生裂变,但它但它们和和中子中子发生作用的情况不同。
生作用的情况不同。
(1)
(1)铀235:
235:
俘俘获各种能量的中子都会各种能量的中子都会发生裂生裂变,且俘且俘获低低能量的中子能量的中子发生裂生裂变的概率大。
的概率大。
(2)
(2)铀238:
238:
只有俘只有俘获能量大于能量大于1MeV1MeV的中子才能的中子才能发生裂生裂变,且裂且裂变的几率小。
能量低于的几率小。
能量低于1MeV1MeV的中子只与的中子只与铀核核发生生弹性碰撞性碰撞,不引起裂不引起裂变。
因此。
因此,为了使了使链式反式反应容易容易发生生,最好利用最好利用纯铀235235。
【特特别提醒提醒】
(1)
(1)裂裂变的中子方面的中子方面:
铀核裂核裂变的的产物是多物是多样的的,放出的中放出的中子数目有多有少子数目有多有少,中子的速度也有快有慢。
中子的速度也有快有慢。
(2)
(2)发生生链式反式反应的条件方面的条件方面:
裂裂变物的体物的体积必必须大于大于临界体界体积才能才能发生生链式反式反应。
【典例探究典例探究】【典例典例】一个一个核在中子的核在中子的轰击下下发生一种可能的生一种可能的裂裂变反反应,其裂其裂变方程方程为,则下列叙下列叙述正确的是述正确的是()A.XA.X原子核中含有原子核中含有8686个中子个中子B.XB.X原子核中含有原子核中含有141141个核子个核子C.C.因因为裂裂变时释放能量放能量,根据根据E=mcE=mc22,所以裂所以裂变后的后的总质量数增加量数增加D.D.因因为裂裂变时释放能量放能量,出出现质量量亏亏损,所以生成物的所以生成物的总质量数减少量数减少【解析解析】选选AA。
XX原子核中的核子数为原子核中的核子数为(235+1)-(94+2)=(235+1)-(94+2)=140,B140,B错误错误;中子数为中子数为140-(92-38)=86,140-(92-38)=86,故故AA正确正确;裂变时裂变时释放能量释放能量,出现质量亏损出现质量亏损,但是其总质量数是不变的但是其总质量数是不变的,故故CC、DD错误。
错误。
【规律方法律方法】准确理解裂准确理解裂变的特点的特点
(1)
(1)重核受中子重核受中子轰击后生成中等后生成中等质量的核。
量的核。
(2)
(2)裂裂变中一般中一般产生生2233个中子。
个中子。
(3)(3)裂裂变时产生生质量量亏亏损放出能量。
放出能量。
【过关关训练】1.1.利用重核裂利用重核裂变释放核能放核能时选铀235,235,主要原因是主要原因是()A.A.它裂它裂变放出核能比其他重核裂放出核能比其他重核裂变放出的核能多放出的核能多B.B.它可能分裂成三部分或四部分它可能分裂成三部分或四部分C.C.它能自它能自动裂裂变,与体与体积无关无关D.D.它比它比较容易形成容易形成链式反式反应【解析解析】选选DD。
铀。
铀235235发生裂变时会生成发生
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