物理裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

1、6. 核 裂 變第十九章第十九章 原子核原子核重點(diǎn)：重點(diǎn)：1.1.裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及裂變方程的書寫裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及裂變方程的書寫. . 2. 2.了解核反應(yīng)堆和核能的應(yīng)用了解核反應(yīng)堆和核能的應(yīng)用. .難點(diǎn)：臨界質(zhì)量和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度的控制難點(diǎn)：臨界質(zhì)量和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度的控制. .一、核裂變一、核裂變1.1.核裂變：重核被核裂變：重核被中子中子轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原子核，并放出子核，并放出核能核能的過程的過程. .2.2.鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是種多樣的

2、，其中一種典型的反應(yīng)是2352359292U U+ +1 10 0n n 1441445656Ba+ Ba+ 89893636Kr+Kr+3 31 10 0n n. .1938年年12月，德國物理學(xué)家哈恩與斯特拉斯曼利用中子月，德國物理學(xué)家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時(shí)，發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變，向核能的利用邁出了轟擊鈾核時(shí)，發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變，向核能的利用邁出了第一步第一步常見的裂變方程：常見的裂變方程：2352359292U+U+1 10 0nn13136 65454Xe+Xe+9 90 03838Sr+Sr+10101 10 0n n2352359292U+U+1 10 0n n1411415

3、656Ba+Ba+92923636Kr+3Kr+31 10 0n n 重核裂變的實(shí)質(zhì)：重核裂變的實(shí)質(zhì)：(1)(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(shí)釋放大量的能量，放出更多的中子的過程質(zhì)量的原子核，同時(shí)釋放大量的能量，放出更多的中子的過程. .(2)(2)重核的裂變是放能核反應(yīng)，原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損，重核的裂變是放能核反應(yīng)，原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損，根本原因是重核的比結(jié)合能相比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小根本原因是重核的比結(jié)合能相比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小. .所以在重核分解為兩個(gè)中等質(zhì)量核的過程中

4、要釋放能量，而且所以在重核分解為兩個(gè)中等質(zhì)量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子時(shí)得到的能量釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子時(shí)得到的能量. .二、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)二、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)3.3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：當(dāng)一個(gè)中子引起一個(gè)重核裂變后，裂變釋放的中鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：當(dāng)一個(gè)中子引起一個(gè)重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續(xù)下去，這種反應(yīng)叫核裂子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續(xù)下去，這種反應(yīng)叫核裂變的變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng). .4.4.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于臨界體積臨界體積或裂或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于變物質(zhì)的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量臨界質(zhì)量. .三、核電站三

5、、核電站1.1.核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是反應(yīng)堆反應(yīng)堆，它主要，它主要由以下幾部分組成：由以下幾部分組成：(1)(1)燃料：燃料：鈾棒鈾棒. .(2)(2)慢化劑：鈾慢化劑：鈾235235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用石墨石墨、重重水水或或普通水普通水作慢化劑作慢化劑. .(3)(3)控制棒：為了控制能量釋放的速度，就要想辦法調(diào)節(jié)中子控制棒：為了控制能量釋放的速度，就要想辦法調(diào)節(jié)中子的數(shù)目，采用在反應(yīng)堆中插入鎘棒的方法，利用鎘的數(shù)目，采用在反應(yīng)堆中插入鎘棒的方法，利用鎘吸收中子吸收中子的特性，就可以容易地控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度

6、的特性，就可以容易地控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度. .2.2.工作原理：核燃料工作原理：核燃料裂變裂變釋放能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升高釋放能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升高. .3.3.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(dòng)循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電. .4.4.核污染的處理：為避免射線對人體的傷害和核污染的處理：為避免射線對人體的傷害和放射性放射性物質(zhì)對物質(zhì)對水源、空氣和工作場所造成的放射性污染，在反應(yīng)堆的外面需水源、空氣和工作場所造成的放射性污染，在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的要修建很厚的水泥層水泥層

7、，用來屏蔽裂變反應(yīng)放出的各種射線，用來屏蔽裂變反應(yīng)放出的各種射線，核廢料具有很強(qiáng)的核廢料具有很強(qiáng)的放射性放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下，需要裝入特制的容器，深埋地下. .【要點(diǎn)整合】【要點(diǎn)整合】 1.1.反應(yīng)堆工作原理反應(yīng)堆工作原理(1)(1)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，由天然鈾或濃縮鈾意圖：鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾( (鈾鈾235235的含量占的含量占2%2%4%)4%)制成，石墨制成，石墨( (重水重水) )為慢化劑，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶?，為慢化劑，使反?yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶樱阌?/p>

8、鈾便于鈾235235的吸收，發(fā)生裂變，慢化劑附在鈾棒周圍的吸收，發(fā)生裂變，慢化劑附在鈾棒周圍. .(2)(2)鎘棒的作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以也叫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. .控制棒插入深一些，吸收中子多，反應(yīng)速度變慢，插入淺一些，控制棒插入深一些，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(dòng)調(diào)節(jié)控制棒的吸收中子少，反應(yīng)速度加快，采用電子儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)控制棒的升降，就能使反應(yīng)堆安全正常地工作升降，就能使反應(yīng)堆安全正常地工作. .(3)(3)核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時(shí)通過水、液態(tài)核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時(shí)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(dòng)，把內(nèi)能傳輸出去，用鈉等作冷卻劑，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把內(nèi)能傳輸出去，用于推動(dòng)蒸汽機(jī)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電于推動(dòng)蒸汽機(jī)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電. .發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一些發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)，會(huì)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