高中物理第十九章原子核19.6核裂變課件新人教選修.pptx

1、6核裂變,讀一讀思一思,辨一辨議一議,一、核裂變 閱讀教材第83頁,了解什么是核裂變及鏈式反應(yīng)。 1.什么是核裂變? 答案:鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊,這類核反應(yīng)叫核裂變。 2.寫出典型的核反應(yīng)方程式 3.什么是鏈式反應(yīng)? 答案:當(dāng)一個中子引發(fā)一個鈾核裂變后,反應(yīng)釋放出的中子又轟擊其他原子核產(chǎn)生裂變,釋放出的中子又轟擊其他鈾原子核這樣的反應(yīng)一代接一代進行下去的過程,叫作核裂變的鏈式反應(yīng)。,讀一讀思一思,辨一辨議一議,二、核電站 閱讀教材第85、86頁“核電站”部分,了解核電站的工作原理。 1.核反應(yīng)堆由哪幾部分組成? 答案:核燃料、慢化劑、控制棒等。 2.核電站的工作原理是什

2、么? 答案:核燃料裂變釋放能量,使反應(yīng)區(qū)溫度升高。然后利用水或液態(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)的熱量傳輸出去,用于發(fā)電。,讀一讀思一思,辨一辨議一議,1.思考辨析。 (1)為了使鈾235裂變的鏈式反應(yīng)容易發(fā)生,最好直接利用裂變時產(chǎn)生的快中子去轟擊鈾核。 () 解析:鈾235俘獲慢中子發(fā)生裂變的概率大,快中子使鈾235發(fā)生裂變的幾率小,因此不能直接使用快中子。 答案: (2)鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,但只能裂變成兩種不同的核。 () 解析:鈾核受到中子的轟擊,會引起裂變,裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,具有極大的偶然性,但裂變成兩塊的情況多,也有的分裂成多塊。 答案:,讀一讀思一思,

3、辨一辨議一議,2.探究討論。 (1)鈾核裂變是如何發(fā)生的?鈾核裂變在自然界中能自發(fā)進行嗎? 答案:a.核子受激發(fā):當(dāng)中子進入鈾235后,便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核,復(fù)核中由于核子的激烈運動,使核變成不規(guī)則的形狀。 b.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(yīng)一代接一代繼續(xù)下去,形成鏈式反應(yīng)。 重核的裂變只能發(fā)生在人為控制的核反應(yīng)中,在自然界中不會自發(fā)地發(fā)生。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(yīng),再引起新

4、的裂變,這樣就形成了鏈式反應(yīng)。,讀一讀思一思,辨一辨議一議,(2)對于核電站的核污染應(yīng)該如何處理? 答案: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)堆的外面需要修建很厚的水泥層,用來屏蔽裂變反應(yīng)放出的各種射線,核廢料具有很強的放射性,需要裝入特制的容器,深埋地下。,探究一,探究二,對核裂變和鏈式反應(yīng)的分析 問題導(dǎo)引 上圖為核裂變示意圖。 (1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎? (2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈式反應(yīng)嗎? 要點提示:重核的裂變不能自發(fā)地進行,只能發(fā)生在人工控制的核反應(yīng)中,只有達到鏈式反應(yīng)的條件時,才會發(fā)生重核的裂變。,探究一,探究二,名師精講

5、1.鈾核的裂變和裂變方程 (1)核子受激發(fā):當(dāng)中子進入鈾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,裂變就會不斷地進行下去,釋放出越來越多的核能。 (3)常見的裂變方程:,探究一,探究二,2.鏈式反應(yīng)的條件 (1)鈾塊的體積大于臨界體積。 (2)鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。 以上兩個條件滿足一個即可。 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。,探究一,探究二,典例剖析 【例題1】關(guān)于重核的

6、裂變,以下說法正確的是() 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(yīng) C.重核裂變釋放出大量能量,產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損,所以核子數(shù)要減少 D.由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量,所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時,要發(fā)生質(zhì)量虧損,放出核能 【思考問題】 鏈式反應(yīng)的條件是什么? 提示:(1)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。 (2)有足夠數(shù)量的慢中子。,探究一,探究二,解析:根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知,裂變時因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng),是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程,其釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量。

7、鏈式反應(yīng)是有條件的,即鈾塊的體積必須大于其臨界體積,如果體積小,中子從鈾塊中穿過時,碰不到原子核,則鏈式反應(yīng)就不會發(fā)生。在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會減少的,質(zhì)量虧損是遠小于一個核子的質(zhì)量的,因此選項A、B、C均錯;重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時,由于核子平均質(zhì)量小,會發(fā)生質(zhì)量虧損,從而釋放出核能,選項D正確。 答案:D 歸納總結(jié)準確理解裂變的特點 (1)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。,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1(多選)關(guān)于鈾核裂變,下列說法正確的是() A.鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,但只能裂變成兩種不同的核 B.鈾核裂變時還

8、能同時釋放23個中子 C.為了使裂變的鏈式反應(yīng)容易進行,最好用純鈾235 D.鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈式反應(yīng)無影響 解析:鈾核受到中子的轟擊,會引起裂變,裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,具有極大的偶然性,但裂變成兩塊的情況多,也有的分裂成多塊,并放出幾個中子,鈾235受中子的轟擊時,裂變的概率大,且可以俘獲各種能量的中子而引起裂變,而鈾238只有俘獲能量在1 MeV以上的中子才能引起裂變,且裂變的幾率小,而要引起鏈式反應(yīng),必須使鈾塊體積超過臨界體積。綜上所述,選項B、C正確。 答案:BC,探究一,探究二,核電站 問題導(dǎo)引 下圖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)核電站是如何實現(xiàn)能

9、量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的?,探究一,探究二,要點提示:(1)核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆。 (2)通過熱交換器將核反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量輸送出來,推動汽輪機工作。,探究一,探究二,名師精講 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:,探究一,探究二,2.反應(yīng)堆工作原理 (1)在核電站中,核反應(yīng)堆是熱源,右圖為簡化的核反應(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)槁凶?便于鈾235的吸收,發(fā)生裂變,慢化劑附在鈾棒周圍。,探究一,探究二,(2)鎘棒的作用是吸收中子,控制反應(yīng)速度,所

10、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)控制棒的升降,就能使反應(yīng)堆安全正常地工作。 (3)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,使發(fā)電機發(fā)電。發(fā)生裂變反應(yīng)時,會產(chǎn)生一些有危險的放射性物質(zhì),很厚的水泥防護層可以防止射線輻射到外面。,探究一,探究二,3.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。,探究一,探究二,典例剖析 【例題2】(多選)如圖是

11、慢中子反應(yīng)堆的示意圖,對核反應(yīng)堆的下列說法正確的是() A.鈾235容易吸收快中子發(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.控制棒由鎘做成,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,鏈式反應(yīng)的速度就會慢一些 D.若要使裂變反應(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,鏈式反應(yīng)的速度就會快一些,探究一,探究二,【思考問題】 如何控制核反應(yīng)堆鏈式反應(yīng)的快慢? 提示:鎘控制棒可以吸收中子,因而可以控制核反應(yīng)的快慢。 解析:根據(jù)鈾235的特點,它更容易吸收慢中子而發(fā)生裂變,A錯誤;在反應(yīng)堆

12、中減速劑的作用就是減少快中子能量從而更易讓鈾235吸收裂變,B正確;鏈式反應(yīng)的劇烈程度取決于裂變釋放出的中子總數(shù),鎘控制棒可以吸收中子,因而可以控制核反應(yīng)的快慢,即插入得深,吸收得多,反應(yīng)將變慢,反之將加快,C正確,D錯誤。 答案:BC,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2(多選)山東榮成石島灣核電站總裝機規(guī)模400萬千瓦。核電站與火電站相比較,其優(yōu)勢在于 () A.核燃料釋放出的能量遠大于相等質(zhì)量的煤放出的能量 B.就儲能來說,地球上核燃料資源遠多于煤炭 C.核電站造成的污染遠小于相等發(fā)電能力的火電站 D.核電站比火電站更容易建造 解析:核電站與火電站相比,相等質(zhì)量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大

13、很多,地球上可開采核礦石儲量所能提供的能量約為煤、石油的15倍,只要措施得當(dāng),核電站造成的污染很小,核能屬于清潔能源,選項A、B、C均正確;核電站的建造難度較大,選項D錯誤。 答案:ABC,1,2,3,1.(對重核裂變的理解)(多選)關(guān)于鈾核裂變,下列說法正確的是() A.鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,但只能裂變成兩種不同的核 B.鈾核裂變時還能同時釋放數(shù)目不等的中子 C.為了使裂變的鏈式反應(yīng)容易進行,最好用純鈾235 D.鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈式反應(yīng)無影響 解析:鈾核受到中子的沖擊,會引起裂變,裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,具有極大的偶然性,但裂變成兩塊的情況比較多,也有的分裂成多塊,并放出數(shù)目不等的中子,鈾235受中子的轟擊時,裂變的概率大,而鈾238只有俘獲能量在1 MeV以上的中子時才能引起裂變,且裂變的幾率小,而要引