2018_2019學(xué)年高中物理第十九章原子核19.6核裂變課件新人教版.pptx

1、6 核裂變,一、核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 1.核裂變:重核被_轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多 的碎塊的核反應(yīng)。 2.鈾核裂變:用中子轟擊鈾核時,鈾核發(fā)生裂變,其產(chǎn)物 是多樣的,其中一種典型的裂變是,中子,3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng):由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)_ _繼續(xù)下去的過程叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 4.臨界體積和臨界質(zhì)量:把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 的最小體積叫作它的臨界體積,相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì) 量。 5.核裂變的能量:1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于 _標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的化學(xué)能,一代,接一代,2 800t,二、核電站 1.核電站:利用核能發(fā)電,它的核心設(shè)施是_,它 主要由以下幾部分組成: (1)燃料:

2、_。 (2)慢化劑:鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng),采用 _作慢化劑,反應(yīng)堆,鈾棒,石墨、重水或普通水,3)控制棒:為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,還需要 在鈾棒之間插進(jìn)一些隔棒。鎘_的能力很強(qiáng), 當(dāng)反應(yīng)過于激烈時,將隔棒插入深一些,讓它多吸收一 些中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度會慢一些,這種鎘棒叫作控制 棒,吸收中子,2.工作原理:_釋放的能量,使反應(yīng)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(yīng)堆內(nèi) 外循環(huán)流動,把反應(yīng)堆內(nèi)的_傳輸出去,用于發(fā)電。 同時也使反應(yīng)堆冷卻,核燃料裂變,熱量,4.核污染的處理:為避免射線對人體的傷害和放射性物 質(zhì)對水源、空氣和工作場所造成的放射性污染,在反應(yīng)

3、 堆的外面需要修建很厚的_,用來屏蔽_ 放出的各種射線,核廢料具有很強(qiáng)的_,需要裝入 特制的容器,深埋地下,水泥層,裂變反應(yīng),放射性,預(yù)習(xí)診斷】 1.請判斷下列說法的正誤。 (1)鈾核裂變的產(chǎn)物是固定的,就是生成鋇和氪,同時放出3個中子。() (2)衰變是原子核分成了兩部分,所以衰變也是核裂變。(,3)只有鈾塊的體積大于臨界體積時,才能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。() (4)在核反應(yīng)中,用來轟擊鈾核的是慢中子。() (5)核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度的。 () (6)核反應(yīng)堆用過的核廢料無毒無害。(,提示:(1)。鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的。 (2)。核裂變是重核被分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊的核反

4、應(yīng),衰變不是核裂變。 (3)。只有鈾塊的體積大于臨界體積時,裂變產(chǎn)生的中子才能夠有足夠的概率打中某個鈾核,使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行下去,4)。在核反應(yīng)中,中子的速度不能太快,否則不能發(fā)生核裂變,所以用來轟擊鈾核的是慢中子。 (5)。核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度的。 (6)。核反應(yīng)堆用過的核廢料具有很強(qiáng)的放射性,需要裝入特制的容器深埋地下,2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中,重核裂變時放出的可以使裂變不斷進(jìn)行下去的粒子是() A.質(zhì)子B.中子 C.粒子D.粒子,解析】選B。重核裂變時放出中子,中子再轟擊其他重核發(fā)生新的重核裂變,形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng),B項(xiàng)正確,3.裂變反應(yīng)中釋放出的能量來自() A.核子消失轉(zhuǎn)化為能量 B

5、.原子中電子與原子核的電勢能減小 C.入射的中子消失轉(zhuǎn)化為能量 D.原子核的比結(jié)合能變大,釋放出能量,解析】選D。發(fā)生裂變反應(yīng)過程中,核子數(shù)保持守恒,中子未消失,故A、C錯誤;能量來自原子核內(nèi)部,由于重核在分裂為中等質(zhì)量的原子核時,比結(jié)合能增加而釋放出能量,B錯誤,D正確,4.(多選)關(guān)于核能的獲得,下列說法中正確的是() A.核反應(yīng)堆主要組成部分是原子燃料、調(diào)速劑、碰撞系統(tǒng)和熱系統(tǒng) B.在核反應(yīng)堆中,為使快中子減速,常用的慢化劑有石墨、重水和普通水,C.核電站是使核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再通過汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能的裝置 D.目前,在核電站的反應(yīng)堆中發(fā)生的是可控制的核聚變,解析】選B、C。核反應(yīng)堆主要組

6、成部分是原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng),常用的慢化劑有石墨、重水和普通水,A選項(xiàng)錯誤,B選項(xiàng)正確;目前,在核電站的反應(yīng)堆中發(fā)生的是可控制的核裂變,D選項(xiàng)錯誤;核電站是使核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再通過汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能的裝置,C選項(xiàng)正確,知識點(diǎn)一對重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析 探究導(dǎo)入: 如圖為核裂變示意圖,1)試寫出一種鈾核裂變的核反應(yīng)方程。 (2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)嗎,提示:(1) (2)有中子轟擊鈾塊,鈾塊的體積大于臨界體積,這樣就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),歸納總結(jié)】 1.鈾核的裂變和裂變方程: (1)核子受激發(fā):當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后,便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核,復(fù)核中由于核子的激

7、烈運(yùn)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2或3個中子,這些中子又引起其他鈾核裂變,這樣,裂變就會不斷地進(jìn)行下去,釋放出越來越多的核能,3)常見的裂變方程,2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件: (1)有慢中子轟擊。 (2)鈾塊的體積大于臨界體積,或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。 以上兩個條件滿足一個,則另一個條件自動滿足,3.裂變反應(yīng)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(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的能量,裂

8、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更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng): 在天然鈾中,主要有兩種同位素,99.3%的是鈾238,0.7%的是鈾235,中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變,但它們和中子發(fā)生作用的情況不同。 (1)鈾235:俘獲各種能量的中子都會發(fā)生裂變,且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大,2)鈾238:只有俘獲能量大于1MeV的中子才能發(fā)生裂變,且裂變的幾率小。能量低于1MeV的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞,不引起裂變。因此,為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生,最好利用純鈾235,特別提醒】 (1)裂變的中子方面:鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的,放出的中子數(shù)目有多有少,中子的速度也有快有慢。 (2)發(fā)生

9、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件方面:裂變物的體積必須大于臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),典例探究】 【典例】一個 核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的 裂變反應(yīng),其裂變方程為 ,則下列敘 述正確的是() 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?yàn)榱炎儠r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?yàn)榱炎儠r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,解析】選A。X原子核中的核子數(shù)為(235+1)-(94+2)= 140,B錯誤;中子數(shù)為140-(92-38)=86,故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,故C、D錯誤,規(guī)律方法】準(zhǔn)確理解裂變的特點(diǎn) (1)

10、重核受中子轟擊后生成中等質(zhì)量的核。 (2)裂變中一般產(chǎn)生23個中子。 (3)裂變時產(chǎn)生質(zhì)量虧損放出能量,過關(guān)訓(xùn)練】 1.利用重核裂變釋放核能時選鈾235,主要原因是() A.它裂變放出核能比其他重核裂變放出的核能多 B.它可能分裂成三部分或四部分 C.它能自動裂變,與體積無關(guān) D.它比較容易形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng),解析】選D。鈾235發(fā)生裂變時會生成23個中子,中子再去轟擊鈾核發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),但發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)還必須要使鈾塊體積大于臨界體積,所以選項(xiàng)A、B、C錯誤,選項(xiàng)D正確,2.(2015江蘇高考)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出 的巨大能量進(jìn)行發(fā)電 是核電站常用的核燃料 受一個中子轟擊后裂變成 兩部分,并產(chǎn)生

11、 _個中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體 積要_(選填“大于”或“小于”)它的臨界體 積,解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知 可見產(chǎn)生了3個中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一個條件是鈾燃 料的體積必須大于或等于臨界體積。 答案:3大于,補(bǔ)償訓(xùn)練】 下列核反應(yīng)中,表示核裂變的是(,解析】選C。 是衰變 是 衰變 是人工轉(zhuǎn)變,只有C選項(xiàng)是重核 裂變,知識點(diǎn)二核電站的結(jié)構(gòu)及工作原理 探究導(dǎo)入: 如圖所示為核電站工作流程示意圖,1)核電站的核心設(shè)施是什么? (2)核電站發(fā)電有什么優(yōu)點(diǎn),提示:(1)核反應(yīng)堆是核電站的核心設(shè)施,原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在此進(jìn)行。 (2)消耗原料少;作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大;對環(huán)境的污

12、染要比火力發(fā)電小,歸納總結(jié)】 1.核電站的主要組成:核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆,反應(yīng)堆用的核燃料是鈾235,它的主要部件列表如下,2.反應(yīng)堆工作原理: (1)熱源:在核電站中,核反應(yīng)堆是熱源,如 圖為簡化的核反應(yīng)堆示意圖:鈾棒是燃料, 由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%4%) 制成,石墨(重水)為慢化劑,使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)?慢中子,便于鈾235的吸收,發(fā)生裂變,慢化劑附在鈾棒 周圍,2)控制棒:鎘棒的作用是吸收中子,控制反應(yīng)速度,所以也叫控制棒?？刂瓢舨迦肷钜恍?吸收中子多,反應(yīng)速度變慢,插入淺一些,吸收中子少,反應(yīng)速度加快,采用電子儀器自動調(diào)節(jié)控制棒插入深度,就能控制核反應(yīng)的劇烈程度

13、,3)冷卻劑:核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這時通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑,在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動,把內(nèi)能傳輸出去,用于推動蒸汽機(jī),使發(fā)電機(jī)發(fā)電。 發(fā)生裂變反應(yīng)時,會產(chǎn)生一些有危險(xiǎn)的放射性物質(zhì),很厚的水泥防護(hù)層可以防止射線輻射到外面,3.核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn): (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,典例探究】 【典例】(多選)關(guān)于核反應(yīng)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(yīng)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(yīng)堆的溫度和輸出熱能,解析】選A、

14、B、D。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(qiáng),作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,即控制反應(yīng)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(jìn)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(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動,把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去,用于發(fā)電,同時也使反應(yīng)堆冷卻,控制溫度,故D正確,過關(guān)訓(xùn)練】 1.(多選)秦山核電站第三期工程的兩個6105kW發(fā)電 機(jī)組已實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)電站的核能來源于 的裂 變,下列說法正確的是() A.反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度通常是采用調(diào)節(jié) 的體積來 控制的 B. 的一種可能的裂變是,C. 是天然放射性元素,升高溫度

15、后它的半衰期會縮 短 D.一個 裂變能放出200MeV的能量,合3.210-11J,解析】選B、D。反應(yīng)堆中核反應(yīng)速度由控制棒(鎘棒) 吸收中子的多少來控制,A錯誤 裂變有多種可能性, 這是其中常見的一種,B對;放射性元素的半衰期由原子 核本身決定,與溫度、壓強(qiáng)等外界條件無關(guān),C錯誤; 200MeV=2001061.610-19J=3.210-11J,D正確,2.(2018大慶高二檢測)如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖,對該反應(yīng)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(yīng) B.快中子跟減速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(yīng),C.控

16、制棒由鎘做成,當(dāng)反應(yīng)過于激烈時,使控制棒插入淺一些,讓它少吸收一些中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些 D.要使裂變反應(yīng)更激烈一些,應(yīng)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?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會快一些,解析】選B?？熘凶尤菀着c鈾235擦肩而過,快中子跟減速劑(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(yīng),選項(xiàng)B正確,A錯誤;控制棒由鎘做成,鎘吸收中子的能力很強(qiáng),當(dāng)反應(yīng)過于激烈時,使控制棒插入深一些,讓它多吸收一些中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些,選項(xiàng)C、D都錯誤,補(bǔ)償訓(xùn)練】 現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于() A.天然放射性元素衰變放出的能量 B.人工放射性同位素放出的能量 C.重核裂變放出的能量 D.化學(xué)反應(yīng)放出的能量,解析】選C。現(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾,利用鈾裂變放出的核能發(fā)電,故C項(xiàng)正確,拓展例題】考查內(nèi)容:裂變過程的核能計(jì)算 【典例示范】用中子轟擊鈾核( ),其中的一個可能 反應(yīng)是分裂成鋇( )和氪( )兩部分,放出3個中 子。各個核和中子的質(zhì)量如下: mU