核裂变 课件

6核裂变1.知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件.2.了解原子弹的原理以及常用的裂变反应堆的类型.3.知道核电站的工作模式.重点：1.裂变和链式反应及裂变方程的书写.2.了解核反应堆和核能的应用.难点：临界质量和链式反应速度的控制.一、核裂变1.核裂变：重核被_____轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出_____的过程.2.铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是23592U+10n→14456Ba+8936Kr+____.中子核能310n3.链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的_________.4.链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于_________或裂变物质的质量大于_________.链式反应临界体积临界质量【判一判】(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)铀核裂变时会吸收大量的能量.()提示：(1)铀核在中子轰击后才发生裂变，(1)错.(2)链式反应的条件是铀核的质量大于临界质量，(2)正确.(3)铀核裂变时放出大量的能量.(3)错.二、核电站1.核电站：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：为了控制能量释放的速度，就要想办法调节中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉_________的特性，就可以容易地控制链式反应的速度.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.4.核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和_______物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的_______，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的_______，需要装入特制的容器，深埋地下.裂变循环流动放射性水泥层放射性【想一想】核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？提示：控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度.对重核裂变和链式反应进一步分析【探究导引】观察图片思考以下问题：(1)原子弹爆炸时发生了什么样的核反应？(2)一个铀235核裂变时大约释放多少MeV的能量？拓展提升拓展提升【要点整合】1.铀核的裂变和裂变方程(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2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能.(3)常见的裂变方程：①23592U+10n→13954Xe+9538Sr+210n②23592U+10n→14156Ba+9236Kr+310n2.链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积.(2)铀块的质量大于临界质量.以上两个条件满足一个即可.【特别提醒】(1)23592U俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大.(2)23892U只有在俘获的中子的能量大于1MeV时才能发生核反应，且裂变的几率较小.对于能量低于1MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不能引起核反应.【典例1】关于重核的裂变，以下说法正确的是()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能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少D.重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能【思路点拨】解答本题应注意以下三点：关键点(1)重核裂变时核能的来源是什么.(2)发生链式反应的条件如何.(3)裂变反应遵循哪些规律.【规范解答】选D.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，D对.发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其临界体积，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.重核裂变时，核子数守恒，C错.【总结提升】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，放出更多的中子的过程.(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相比中等质量的核的比结合能要小.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.探究核电站的核心设施和工作原理【探究导引】深化理解深化理解如图是核电站的反应堆示意图.看图思考以下问题：(1)核反应堆是怎样组成的？(2)核反应堆为什么不会像原子弹那样爆炸？(3)核电站发电的主要原理是什么？【要点整合】1.反应堆工作原理(1)在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围.(2)镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒.控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作.(3)核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电.发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面.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.(3)对环境的污染要比火力发电小.【特别提醒】用水(轻水或重水)和石墨作为减速材料，放在燃料棒四周，使中子速度减慢以有助于铀235发生裂变.减速后的中子能量最后都变为热能，所以这种速度变慢的中子称为热中子.【典例2】关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是()A.镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B.用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C.利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D.镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度【思路点拨】解答本题时应熟悉核反应堆中各组成的作用，重点区分镉棒和减速剂的作用.【规范解答】选C.镉棒不是离子源不会释放中子，A错误，也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误，镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强时，控制棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出少吸收中子，故C正确.【温馨提示】重核裂变过程中要释放大量的能量，核能的计算是高考的热点，常结合裂变方程、质量亏损等知识进行考查.【典例】一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子，写出核反应方程并算出一个铀核裂变时释放的核能.已知mU=235.04394u,mXe=138.91844u,mSr=93.91557u,mn=1.008665u，1u相当于931.5MeV.考查内容裂变反应中核能的计算【思路点拨】解答此题应把握以下三点：关键点(1)根据质量数和电荷数守恒，写出裂变方程.(2)计算出裂变前后质量亏损Δm.(3)根据质能方程ΔE=Δmc2计算出裂变释放的核能.【规范解答】核反应方程为23592U+10n→13954Xe+9438Sr+310n该反应的质量亏损为Δm=(mU+mn)-(mXe+mSr+3mn)=(235.04394+1.008665)u-(138.91844+93.91557+3×1.008665)u=0.1926u,所以一个铀核裂变释放的核能为ΔE=0.1926×931.5MeV≈179.4MeV.核反应中动量和能量相结合的问题在衰变、裂变等核反应中,经常用到动量守恒定律和能量守恒定律,解决动量能量相结合的核反应问题,需注意以下三点:(1)根据不同类型的核反应建立碰撞、反冲运动等物理模型.(2)应用动量守恒定律,注意碰撞前后各矢量的方向和变化.(3)应用能量守恒定律,一般只涉及动能之间的转化.【案例展示】在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂.中子在重水中可与21H核碰撞减速，在石墨中与126C核碰撞减速.上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好.【规范解答】设中子质量为Mn,靶核质量为M,由动量守恒定律Mnv0=Mnv1+Mv2由能量守恒解得在重水中靶核质量MH=2Mn，在石墨中靶核质量MC=12Mn，v1C=与重水靶核碰撞后中子速度较小，故重水减速效果更好.222n0n12111MvMvMv222n10nMMvvMMnH1H00nHMM1vvvMM3nC00nCMM11vvMM13【易错分析】解答本题易出现两方面的错误：(1)不能建立正确的物理模型，无法根据动量守恒和能量守恒列出方程.(2)不能发现题目中的隐含条件,即重水中氢原子核的质量是中子质量的2倍,而石墨中碳原子核的质量是中子质量的12倍.