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1、第十九章,6 核裂变,学习目标 1.知道什么是核裂变. 2.知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能. 3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及如何防止核污染.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、核裂变和链式反应,如图1为铀核裂变示意图.,图1,1.铀核裂变是如何发生的？,答案,答案 铀核的裂变 (1)核子受激发：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，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂
2、变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应.,2.铀核裂变在自然界中能自发进行吗？,答案,答案 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生，故铀核裂变不会自发地进行.要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应.,对核裂变和链式反应的理解 1.核裂变 重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的 ，并放出 的过程.,新原子核,核能,中子,3.链式反应 由重核裂变产生的 使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应. 4.链式反应的条件 (1)铀块的体积 或等于临界体
3、积或铀块的质量 或等于临界质量. (2)有足够数量的 中子.,中子,大于,大于,慢,判断下列说法的正误. (1)铀核的裂变是一种天然放射现象.( ) (2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去.( ) (3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变.( ) (4)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子.( ),二、核电站,1.核电站是利用核能发电，它的核心设施是 ，它主要由以下几部分组成： (1)燃料： . (2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用 、重水或普通水作慢化剂； (3)控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉 的能力很强的特性，控制链式反应的速度
4、.,反应堆,铀棒,石墨,吸收中子,2.工作原理 核燃料 释放能量，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 ，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. 4.核污染的处理 在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器， .,裂变,循环流动,水泥层,放射性,深埋地下,判断下列说法的正误. (1)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度.( ) (2)核反应堆用过的核废料无毒无害.( ),题型探究,一、重核裂变与其释放核能的计算 1.常见的裂变方程,2.链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于或
5、等于临界体积.体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核. (2)有足够浓度的铀235. (3)有足够数量的慢中子.,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200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧释放的化学能，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更容易发生链式反应.,例1 关于重核的裂变，下列说法正确的是 A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应 C.重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以
6、核子数减少 D.重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能,解析 核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确； 发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误； 重核裂变时，核子数守恒，C错误.,解析,答案,重核裂变的实质： (1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程. (2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能比中等质量的
7、核的比结合能要小.所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量.,解析,答案,解析 根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒，就可以写出核反应方程.根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能.,则核反应前后的质量亏损为 mmUmnmBamKr3mn3.5781028 kg， 由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为Emc23.5781028(3108)2 J3.220 21011 J.,铀核裂变释放核能的计算 (1)首先算出裂变反应中的质量亏损m. (2)根据Emc2计算释放的核能. (3)若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算
8、出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块裂变释放的核能EnE.,二、核电站 1.核电站的主要部件及作用如下表：,2.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.,例3 如图2是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆 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.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，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
9、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,图2,解析,答案,解析 快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟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.,达标检测,1.(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是 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,1,2,
10、3,答案,解析,4,1,2,3,4,解析 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.,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Emc2，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,1,2,3,答案,4,解析 X原子核中的核子数为(2351)(942)140个，B错误； 中子数为140(9238)86个，A正确； 裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误.,解析,1,2,3,答案,解析,4,1,2,3,解析 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； U裂变有多种可能性，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； 通过计算知，D正确.,4,1,2,3,4,答案,解析 铀235裂变时的质量亏损mMmm1m210mMm1m29m，由质能方程可得Emc2(M9mm1m2)c2.,解析,