版选修3_5.ppt

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1、6 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,中子,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。 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。,一代,接一代,2 800t,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)

2、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。,核燃料裂变,热量,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

3、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。,水泥层,裂变反应,放射性,【预习诊断】 1.请判断下列说法的正误。 (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)衰变是原子核分成了两部分,所以衰变也是核裂变。( ),(3)只有铀块的体积大于临界体积时,才能够发生链式反应。( ) (4)在核反应中,用来轰击铀核的是慢中子。( ) (5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度的。 ( ) (6)核反应堆用过的核废料无毒无害。( ),提示:(1)。铀核裂变的产物是多样的。 (2)。核裂变是重

4、核被分裂成两块质量差不多的碎块的核反应,衰变不是核裂变。 (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。,(4)。在核反应中,中子的速度不能太快,否则不能发生核裂变,所以用来轰击铀核的是慢中子。 (5)。核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度的。 (6)。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。,2.链式反应中,重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是( ) A.质子 B.中子 C.粒子 D.粒子,【解析】选B。重核裂变时放出中子,中子再轰击其他重核发生新的重核裂变,形成链式反应,B项正确。,3.裂变反

5、应中释放出的能量来自( ) A.核子消失转化为能量 B.原子中电子与原子核的电势能减小 C.入射的中子消失转化为能量 D.原子核的比结合能变大,释放出能量,【解析】选D。发生裂变反应过程中,核子数保持守恒,中子未消失,故A、C错误;能量来自原子核内部,由于重核在分裂为中等质量的原子核时,比结合能增加而释放出能量,B错误,D正确。,4.(多选)关于核能的获得,下列说法中正确的是( ) A.核反应堆主要组成部分是原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统 B.在核反应堆中,为使快中子减速,常用的慢化剂有石墨、重水和普通水,C.核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 D.目前,在核电站的反

6、应堆中发生的是可控制的核聚变,【解析】选B、C。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,常用的慢化剂有石墨、重水和普通水,A选项错误,B选项正确;目前,在核电站的反应堆中发生的是可控制的核裂变,D选项错误;核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,C选项正确。,知识点一 对重核裂变和链式反应的分析 探究导入: 如图为核裂变示意图。,(1)试写出一种铀核裂变的核反应方程。 (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗?,提示:(1) (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

7、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200M

8、eV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)

9、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。,【典例探究】 【典例】一个 核在中子的轰击下发生一种可能的 裂变反应,其裂变方程为 ,则下列叙 述正确的是( ) A.X原子核中含有86个中子 B.X原子核中含有141个核子,C.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数增加 D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少,【解析】选A。X原子核中的核子数为(235+1)-(94+2)= 140,B错误;中子数为140-(92-38)=86,故A正确

10、;裂变时释放能量,出现质量亏损,但是其总质量数是不变的,故C、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23个中子。 (3)裂变时产生质量亏损放出能量。,【过关训练】 1.利用重核裂变释放核能时选铀235,主要原因是( ) A.它裂变放出核能比其他重核裂变放出的核能多 B.它可能分裂成三部分或四部分 C.它能自动裂变,与体积无关 D.它比较容易形成链式反应,【解析】选D。铀235发生裂变时会生成23个中子,中子再去轰击铀核发生链式反应,但发生链式反应还必须要使铀块体积大于临界体积,所以选项A、B、C错误,选项D正确。,2.(2015

11、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】 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。,知识点二 核电站的结构及工作原理 探究导入: 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)核电站发电有什么

12、优点?,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)消耗原料少;作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大;对环境的污染要比火力发电小。,【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

13、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。,【典例探究】 【典例】(多选)关于核反应堆,下列说法正确

14、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。,【过关训练】 1.(多选)秦山核电站第三期工程的两个6105kW发电 机组已实现并网

15、发电。发电站的核能来源于 的裂 变,下列说法正确的是( ) A.反应堆中核反应速度通常是采用调节 的体积来 控制的 B. 的一种可能的裂变是,C. 是天然放射性元素,升高温度后它的半衰期会缩 短 D.一个 裂变能放出200MeV的能量,合3.210-11J,【解析】选B、D。反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒) 吸收中子的多少来控制,A错误 裂变有多种可能性, 这是其中常见的一种,B对;放射性元素的半衰期由原子 核本身决定,与温度、压强等外界条件无关,C错误; 200MeV=2001061.610-19J=3.210-11J,D正确。,2.(2018大庆高二检测)如图是慢中子反应堆的示意图,对该

16、反应堆的下列说法中正确的是( ) A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应 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,使控制棒插入浅一些,让它少吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些 D.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,【解析】选B。快中子容易与铀235擦肩而过,快中子跟减速剂(慢化剂)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,选项B正确,A错误;控制棒由镉做成,镉吸收中子的能力很强,当反应过

17、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,选项C、D都错误。,【补偿训练】 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。,【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: mU=390.313910-27kg, mn=1.674910-27kg mBa=234.001610-27kg,mKr=152.604710-27kg 试写出核反应方程,算出反应中释放的核能。,【解析】根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守 恒和反应中的能量守恒,可以写出核反应方程为核反应前后的质量亏损为 m=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.357810-27kg 由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为,E=mc2=0.357810-27(3108)2J=3.2202 10-11J。 答案: 3.220210-11J,