人教版選修35 19.6核裂變 課件(32張）.ppt

第十九章 6核裂變 學習目標1 知道什么是核裂變 2 知道鏈式反應及鏈式反應的條件 并能計算裂變釋放的核能 3 了解裂變反應堆的工作原理 知道如何控制核反應的速度以及如何防止核污染 內(nèi)容索引 知識探究 題型探究 達標檢測 知識探究 一 核裂變和鏈式反應 如圖1為鈾核裂變示意圖 圖1 1 鈾核裂變是如何發(fā)生的 答案 答案鈾核的裂變 1 核子受激發(fā) 當中子進入鈾235后 便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復核 復核中由于核子的激烈運動 使核變成不規(guī)則的形狀 2 核子分裂 核子間的距離增大 因而核力迅速減弱 使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊 同時放出中子 這些中子又引起其他鈾核裂變 這樣 裂變反應一代接一代繼續(xù)下去 形成鏈式反應 2 鈾核裂變在自然界中能自發(fā)進行嗎 答案 答案重核的裂變只能發(fā)生在人為控制的核反應中 在自然界中不會自發(fā)地發(fā)生 故鈾核裂變不會自發(fā)地進行 要使鈾核裂變 首先要利用中子轟擊鈾核 使鈾核分裂 分裂產(chǎn)生更多的中子 這些中子繼續(xù)與其他鈾核發(fā)生反應 再引起新的裂變 這樣就形成了鏈式反應 對核裂變和鏈式反應的理解1 核裂變重核被中子轟擊后分裂成兩個質(zhì)量差不多的 并放出的過程 新原子核 核能 中子 3 鏈式反應由重核裂變產(chǎn)生的使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程 叫做核裂變的鏈式反應 4 鏈式反應的條件 1 鈾塊的體積或等于臨界體積或鈾塊的質(zhì)量或等于臨界質(zhì)量 2 有足夠數(shù)量的中子 中子 大于 大于 慢 判斷下列說法的正誤 1 鈾核的裂變是一種天然放射現(xiàn)象 2 鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量時鏈式反應才能不停地進行下去 3 中子的速度越快 越容易發(fā)生鈾核裂變 4 鈾核裂變的產(chǎn)物是鋇和氪 且固定不變 同時放出三個中子 二 核電站 1 核電站是利用核能發(fā)電 它的核心設施是 它主要由以下幾部分組成 1 燃料 2 慢化劑 鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應 采用 重水或普通水作慢化劑 3 控制棒 采用在反應堆中插入鎘棒的方法 利用鎘的能力很強的特性 控制鏈式反應的速度 反應堆 鈾棒 石墨 吸收中子 2 工作原理核燃料釋放能量 使反應區(qū)溫度升高 3 能量輸出利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆內(nèi)外 把反應堆內(nèi)的熱量傳輸出去 用于發(fā)電 同時也使反應堆冷卻 4 核污染的處理在反應堆的外面需要修建很厚的 用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線 核廢料具有很強的 需要裝入特制的容器 裂變 循環(huán)流動 水泥層 放射性 深埋地下 判斷下列說法的正誤 1 核反應堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度 2 核反應堆用過的核廢料無毒無害 題型探究 一 重核裂變與其釋放核能的計算1 常見的裂變方程 2 鏈式反應發(fā)生的條件 1 鈾塊的體積大于或等于臨界體積 體積超過臨界體積時 保證中子能夠碰到鈾核 2 有足夠濃度的鈾235 3 有足夠數(shù)量的慢中子 3 裂變反應的能量鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核 發(fā)生質(zhì)量虧損 所以放出能量 一個鈾235核裂變時釋放的能量如果按200mev估算 1kg鈾235全部裂變放出的能量相當于2800t標準煤完全燃燒釋放的化學能 裂變時能產(chǎn)生幾百萬度的高溫 4 鈾的同位素中鈾235比鈾238更容易發(fā)生鏈式反應 例1關于重核的裂變 下列說法正確的是a 核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量b 中子從鈾塊中通過時 一定發(fā)生鏈式反應c 重核裂變釋放出大量的能量 產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損 所以核子數(shù)減少d 重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時 要發(fā)生質(zhì)量虧損 放出核能 解析核裂變釋放的能量來源于裂變過程的質(zhì)量虧損 是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程 其能量遠大于俘獲中子時吸收的能量 a錯誤 d正確 發(fā)生鏈式反應是有條件的 鈾塊的體積必須大于或等于臨界體積 否則中子從鈾塊中穿過時 可能碰不到原子核 則不會發(fā)生鏈式反應 b錯誤 重核裂變時 核子數(shù)守恒 c錯誤 解析 答案 重核裂變的實質(zhì) 1 重核裂變是中子轟擊質(zhì)量數(shù)較大的原子核 使之分裂成中等質(zhì)量的原子核 同時釋放大量的能量 放出更多中子的過程 2 重核的裂變是放能核反應 原因是核反應前后質(zhì)量有虧損 根本原因是重核的比結(jié)合能比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小 所以在重核分解為兩個中等質(zhì)量核的過程中要釋放能量 而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量 解析 答案 解析根據(jù)反應前后質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒 就可以寫出核反應方程 根據(jù)核反應前后的質(zhì)量虧損 用愛因斯坦質(zhì)能方程就可求出釋放的核能 則核反應前后的質(zhì)量虧損為 m mu mn mba mkr 3mn 3 578 10 28kg 由愛因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能為 e mc2 3 578 10 28 3 108 2j 3 2202 10 11j 鈾核裂變釋放核能的計算 1 首先算出裂變反應中的質(zhì)量虧損 m 2 根據(jù) e mc2計算釋放的核能 3 若計算一定質(zhì)量的鈾塊完全裂變時放出的核能 應先算出鈾塊中有多少個鈾核 設為n 則鈾塊裂變釋放的核能e n e 二 核電站1 核電站的主要部件及作用如下表 2 核電站發(fā)電的優(yōu)點 1 消耗的核燃料少 2 作為核燃料的鈾 釷等在地球上可采儲量大 所能提供的能量大 3 對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小 例3如圖2是慢中子反應堆的示意圖 對該反應堆的下列說法中正確的是a 鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應b 快中子跟慢化劑的原子核碰撞后的能量減少 變成慢中子 慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應c 控制棒由鎘做成 當反應過于激烈時 使控制棒插入淺一些 讓它少吸收一些中子 鏈式反應的速度就會慢一些d 要使裂變反應更激烈一些 應使控制棒插入深一些 使大量快中子碰撞控制棒后變成慢中子 鏈式反應的速度就會快一些 圖2 解析 答案 解析快中子容易與鈾235擦肩而過 快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量減少 變成慢中子 慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應 選項b正確 a錯誤 控制棒由鎘做成 鎘吸收中子的能力很強 當反應過于激烈時 使控制棒插入深一些 讓它多吸收一些中子 鏈式反應的速度就會慢一些 選項c d都錯誤 達標檢測 1 多選 關于核反應堆 下列說法正確的是a 鈾棒是核燃料 裂變時釋放核能b 鎘棒的作用是控制反應堆的功率c 石墨的作用是吸收中子d 冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出熱能 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 4 解析鈾棒是核燃料 裂變時可放出能量 故a正確 鎘棒吸收中子的能力很強 作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度 即控制反應堆功率 故b正確 慢中子最容易引發(fā)核裂變 所以在快中子碰到鈾棒前要進行減速 石墨的作用是使中子減速 故c錯誤 水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應堆內(nèi)外循環(huán)流動 把反應堆內(nèi)的熱量傳輸出去 用于發(fā)電 同時也使反應堆冷卻 控制溫度 故d正確 a x原子核中含有86個中子b x原子核中含有141個核子c 因為裂變時釋放能量 根據(jù)e mc2 所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加d 因為裂變時釋放能量 出現(xiàn)質(zhì)量虧損 所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少 1 2 3 答案 4 解析x原子核中的核子數(shù)為 235 1 94 2 140個 b錯誤 中子數(shù)為140 92 38 86個 a正確 裂變時釋放能量 出現(xiàn)質(zhì)量虧損 但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的 c d錯誤 解析 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 解析反應堆中核反應速度由控制棒 鎘棒