1、5 核裂变,第三章 原子核,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,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,一、核裂变 1.核裂变 重核被 轰击后分裂成两个(或几个)中等质量原子核，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,中子,核能,3.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 裂变，且能不断继续下去，这种反应称
2、为链式反应. 4.链式反应的条件 (1)铀块的体积大于等于 . (2)有足够数量的 中子.,其他重核,临界体积,慢,二、核电站 1.核反应堆：利用核能发电的核心设施是 .它主要由以下几部分组成： (1)燃料： . (2)减速剂：铀235容易捕获 发生反应，可采用 、 、作减速剂. (3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用 作为 来控制链式反应的速度.,核反应堆,铀棒,慢中子,石墨,重水,普通水,镉棒,控制棒,2.工作原理：核燃料 释放的能量，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：在反
3、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， .,循环流动,水泥层,放射性,深埋地下或海底,裂变,即学即用 1.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)铀块的体积大于或等于临界体积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.( ) (5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度.( ) (6)核反应堆用过的核废料无毒无害.( ),答案,答案,1.8102,解析 Emc2(235.043 91.008 7138.917 8
4、93.915 431.008 7) 9.3102 MeV1.8102 MeV.,解析,重点探究,导学探究 如图1为铀核裂变示意图.,一、核裂变及链式反应,图1,(1)什么是裂变？写出上述铀核裂变的核反应方程.,答案,(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？,答案,答案 铀块体积应大于或等于临界体积、要有足够数量的慢中子才能发生链式反应.,知识深化 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.铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应. 4.核
5、裂变时发生质量亏损，放出能量.,例1 铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是 A.铀块的质量是重要因素，与体积无关 B.为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子 C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生 D.能否发生链式反应与铀的质量无关,解析,答案,解析 要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积时则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确.,导学探究 下面是铀核裂变反应中的一个
6、核反应方程：已知铀235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中质量亏损是多少？释放的总能量是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量),二、重核裂变释放的核能的计算,答案,答案 质量亏损是反应前的总质量减去反应后的总质量： m(235.043 91.008 789.907 7135.907 2101.008 7)u0.150 7 u 释放的总能量为E931.50.150 7 MeV140.377 05 MeV.,知识深化 1.铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放
7、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标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温. 2.计算释放的核能：质量单位为“u”时，可直接用“1 u的质量亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量；当质量单位为“kg”时，直接乘以(3.0108)2，总能量单位为焦耳.,例2 用中子轰击铀核( )，其中的一个可能反应是分裂成钡( )和氪( )两部分，放出3个中子.它们的质量如下： mU390.313 91027 kg，mn1.674 91027 kg； mBa234.001 61027 kg，mKr152.604
8、 71027 kg. 试写出核反应方程，求出反应中释放的核能.,解析,答案,则核反应前后的质量亏损为mmUmnmBamKr3mn 3.5781028 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.,1.核电站的主要组成：核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：,三、核电站,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所示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
9、是 A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应 B.快中子跟减速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 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,解析,图2,答案,解析 快中子容易与铀235“擦肩而过”，快中子跟减速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
10、，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，要使反应更激烈，应使控制棒插入浅一些，选项C、D都错误.,达标检测,1.(对核裂变的理解)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应为 ，下列说法正确的有 A.上述裂变反应中伴随着中子放出 B.铀块体积对链式反应的发生无影响 C.铀核的链式反应可人工控制 D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响,1,2,3,4,答案,解析,解析 从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对； 铀块体积对链式反应的发生有影响，B错； 铀核的链式反应可人工控制，C对； 铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错.,1,2,3,4,2.(核反应堆的认识
11、)如图3所示， 镉棒在核反应中的作用是 A.使快中子变成慢中子 B.使慢中子变成快中子 C.使反应速度加快 D.控制反应速度，调节反应速度的快慢,答案,1,2,3,4,图3,解析,解析 在核反应堆中石墨使快中子变为慢中子，镉棒吸收中子，控制反应速度，调节反应速度的快慢.,3.(对裂变方程的理解)在众多的裂变反应中，有一种反应方程为其中X为某种粒子，a为X的个数，则 A.X为中子，a2 B.X为中子，a3 C.X为质子，a2 D.X为质子，a3,1,2,3,4,答案,解析,解析 根据核电荷数守恒可知，X的电荷数为0，X必为中子 ，由质量数守恒可知a3，选项B正确.,答案,解析,1,2,3,4,核反应中的质量亏损为m235.043 9 u140.913 9 u91.897 3 u21.008 7 u0.215 3 u 则一个235U核裂变所释放的能量为E0.215 3931.5 Mev200.6 Mev.,1,2,3,4,答案,解析,1,2,3,4,答案 9.6103 kg,解析 核电站1年所产生的电能为EPt，t365243 600 s. 每摩尔235U全部裂变所释放的能量为NAE，NA为阿伏伽德罗常量， 而235U的摩尔质量为MU0.235 kg/mol，,1,2,3,4,其中E200.6 MeV3.21011 J 代入数据得m9.6103 kg.,
