2019教育第3章5核裂變.doc

1、5.核裂變學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)i知道核裂變的概念， 知道重核裂變中能釋放出巨大的 能量.（重點(diǎn)）2知道什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng).（重點(diǎn)）3會(huì)計(jì)算重核裂變過程中釋放出的能量.（重點(diǎn)）4知道什么是核反應(yīng)堆了解常用裂變反應(yīng)堆的類 型.（難點(diǎn)）先填空1.核裂變重核被U轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原子核，并放出核能的過程.2鈾核裂變用中子轟擊鈾核時(shí)， 鈾核發(fā)生裂變， 其產(chǎn)物是多種多樣的， 其中一種典型的 反應(yīng)是295U+on144Ba+ 器心 +30n.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)叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng).4.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于

2、臨界體積或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量.再判斷1鈾核的裂變是一種天然放射現(xiàn)象.（X）2鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能不停地進(jìn)行下去.（V）3鈾核裂變時(shí)能釋放出多個(gè)中子.（V）后思考1鈾核的裂變是一種天然放射現(xiàn)象嗎？第 1 頁核裂變與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)第 2 頁【提示】不是鈾核在受到中子轟擊后才發(fā)生裂變，不是天然放射現(xiàn)象，屬于核反應(yīng)2鈾核裂變的核反應(yīng)方程是唯一的嗎？【提示】不是鈾核裂變的生成物并不確定，所以其核反應(yīng)方程不是唯一的1鈾核的裂變和裂變方程(1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)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(yùn)動(dòng)，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

3、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(shí)放出2或3個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾 核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能(3)常見的裂變方程12922u+On1359Xe+338sr+20n.2292u+Onl45eBa+IKr+30n.2鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1)有慢中子轟擊(2)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 以上兩個(gè)條件滿足一個(gè)，則另一個(gè)條件自動(dòng)滿足3裂變反應(yīng)的能量： 鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以 放出能量一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200 MeV估算，1 kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2 8OO t

4、標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn) 生幾百萬度的高溫1(多選)關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()A核裂變釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子時(shí)得到的能量B鈾核裂變?cè)谧匀唤缰袝?huì)自發(fā)地產(chǎn)生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(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能解析】 根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變釋放能量的原理分析可知， 裂變時(shí)因鈾核俘獲中子發(fā)生核反應(yīng)， 是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程， 因而釋放的能 量遠(yuǎn)大于第 3 頁其俘獲中子時(shí)吸收的能量； 重核裂變只能發(fā)生在人為核反應(yīng)中； 在裂變 反應(yīng)中核子數(shù)是不會(huì)減

5、少的，因此A正確，B、C錯(cuò)誤重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的 原子核時(shí)，由于平均質(zhì)量減小，必然發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，所以D正確【答案】AD2鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，重核裂變時(shí)放出的可使裂變不斷進(jìn)行下去的粒子是【導(dǎo)學(xué)號(hào)：22482048】 【解析】 重核的裂變需要中子的轟擊，在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，不斷放出高速的中 子使裂變可以不斷進(jìn)行下去【答案】 中子3.現(xiàn)有的核電站比較廣泛采用的核反應(yīng)之一是：29苑+On J43Nd+Zr+3(0+8-ie+ v(1)核反應(yīng)方程中的V是中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零.試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.049 3 u,中子質(zhì)量為1.008 7 u

6、,釹(Nd)核質(zhì)量 為142.909 8 u,鋯核質(zhì)量為89.904 7 u.又知1 u=1.660 6X10_27kg，試計(jì)算，1 kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量是多少？【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可得Zr的電荷數(shù)Z=92-60+8=40質(zhì)量數(shù)A=236-143-3X1=90.(2)方法一：質(zhì)量虧損Am=(mu+mn)-(mNd+mzr+3mn)=0.217 4 u.一個(gè)鈾核裂變釋放能量AE= Amx931.5 MeV第4頁=0.217 4X931.5 MeV202.5 MeV1 kg鈾核含有的原子核數(shù)為1 00023人24人n=X6.02X1023個(gè)2.562X1024個(gè)2351

7、kg鈾核產(chǎn)生的能量24丘總=門込=2.562X202.5X1024MeV5.2X1026MeV=5.2X1026X106X1.6X10一19J8.3X1013J.方法二：Am=(mu+mn)(mNd+mzr+3mn)27=0.217 4 u=0.217 4X1.660 6X1027kg3.6X1028kgAE=3.6X1028X(3X108)2J=3.24X1011J1 0002324n =235X6.02X10個(gè)2.562X10個(gè)241113總=門圧=2.562X10X3.24X10J8.3X10 J.【答案】(1)4090 (2)8.3X1013J重核裂變核能計(jì)算的方法解答這類問題，一般是

8、先根據(jù)核反應(yīng)方程求出一個(gè)重核裂變時(shí)發(fā)生的質(zhì)量虧 損，由質(zhì)能方程計(jì)算出釋放的能量，然后用阿伏伽德羅常數(shù)把核能與重核質(zhì)量聯(lián) 系起來；另外，在計(jì)算過程中要注意單位的統(tǒng)一.先填空第5頁1.核能釋放的控制通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)核能釋放的裝置稱為核反應(yīng)堆.2.減速劑反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“減速劑”，常用的慢化劑有石墨、重水和普通水.3.控制棒為了控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒， 它吸收中子的能力很 強(qiáng)，反應(yīng)過于激烈時(shí)，可將其插入深二些，多吸收一些中子式反應(yīng)的速度就 會(huì)慢一些，這種鎘棒叫做控制棒.4能量輸出核燃料裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高， 水或液態(tài)的金屬鈉等

9、流體在反應(yīng) 堆外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電.5.核污染及防護(hù)核廢料具有強(qiáng)烈的放射性，并且持續(xù)時(shí)間非常長(zhǎng)為保證核電站的安全，新建的核電站設(shè)有核燃料芯塊的密封包殼、回路系統(tǒng)的密封設(shè)施及核電站的安全再判斷1核反應(yīng)堆可以人工控制核反應(yīng)速度.（V）2.減速劑的作用使快中子減速變成慢中子.（V）3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一旦形成無法進(jìn)行人工控制.（x）后思考1.核反應(yīng)堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？【提示】 控制棒由鎘棒制成，鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，在鈾棒之間插進(jìn)一 些鎘棒，可以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度.2.減速劑的作用是什么？是為了減慢裂變速度嗎？【提示】減速劑的作用是使快中子減速，以便于中子

10、與鈾核作用發(fā)生鏈?zhǔn)?反應(yīng)，不是第6頁為了減慢裂變速度，而是為了提高中子的利用率.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：部件名稱減速劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層采用的材料石墨、重水或普通水辿叫輕水）鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子， 控制反應(yīng) 速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線，防止放射性污染2核反應(yīng)堆與原子彈爆炸的比較原子彈爆炸時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度是無法控制的，為了用人工方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能比較平緩地釋放出來，人們制成了核反應(yīng)堆（核電站的核心設(shè)施）核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置.4.侈選）關(guān)于

11、核反應(yīng)堆，下列說法正確的是（）A鈾棒是核燃料，裂變時(shí)釋放核能B鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C鈾棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率D石墨的作用是吸收中子【解析】 鈾棒是核燃料，裂變時(shí)可放出能量，故A正確；鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆功率，故B正確，C錯(cuò)誤；慢中子最容易引發(fā)鈾核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速， 石墨的 作用是使中子減速，故D錯(cuò)誤.【答案】AB5.原子反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制第7頁的重核裂變的一種裝置，它主要由四部分組成，即原子燃料、_、_控制調(diào)節(jié)系統(tǒng).【導(dǎo)學(xué)號(hào)：22482049】【解析】 核反應(yīng)堆的主要部分包括燃料，即濃縮鈾235;減速劑，采用石墨、重水和普通水；控制棒，控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度；冷卻系統(tǒng)，水或液 態(tài)鈉等流體在反應(yīng)堆外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆的熱量傳輸出去用于發(fā)電.【答案】 減速劑冷卻系統(tǒng)6每晝夜消耗220 g鈾235的原子能發(fā)電站，如果效率為25%，它能產(chǎn)生 的電功率為多大？（每個(gè)鈾核裂變時(shí)放出的能量是200 MeV）【解析】一晝夜消耗的鈾所能產(chǎn)生的核能為：AE=200X|35x6