1、5.核裂变学 习 目 标知 识 脉 络1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量(重点)2.知道什么是链式反应(重点)3.会计算重核裂变过程中释放出的能量(重点)4.知道什么是核反应堆了解常用裂变反应堆的类型(难点)核 裂 变 与 链 式 反 应1核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程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UnBaKr3n.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其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应4链式反应的条件发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变
2、物质的质量大于临界质量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铀核裂变时能释放出多个中子()1铀核的裂变是一种天然放射现象吗？【提示】不是铀核在受到中子轰击后才发生裂变，不是天然放射现象，属于核反应2铀核裂变的核反应方程是唯一的吗？【提示】不是铀核裂变的生成物并不确定，所以其核反应方程不是唯一的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
3、，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UnXeSr2n.UnBaKr3n.2链式反应的条件(1)有慢中子轰击(2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足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标准煤完全燃烧时释放的能量，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更易发生链式反应在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀23
4、8，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同(1)铀235：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)铀238：只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235.1关于重核的裂变，以下说法正确的是()A核裂变释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量B铀核裂变在自然界中会自发地产生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由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等
5、质量的核时，要发生质量亏损，放出核能E美国扔在广岛的第一颗原子弹“小男孩”是用铀235制成的，之所以不用铀238，是因其不易发生链式反应【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，因而释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量；重核裂变只能发生在人为核反应中；在裂变反应中核子数是不会减少的，因此A正确，B、C错误重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，必然发生质量亏损，从而释放出核能，所以D正确铀235比铀238易于发生链式反应，可以短时间内放出巨大的核能，因此用铀235制作原子弹而不用铀238，故E正确【答案】
6、ADE2链式反应中，重核裂变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是_. 【导学号：11010048】【解析】重核的裂变需要中子的轰击，在链式反应中，不断放出高速的中子使裂变可以不断进行下去【答案】中子3现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：UnNdZr3n8e(1)核反应方程中的是中微子，它不带电，质量数为零试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀(U)核的质量为235.049 3 u，中子质量为1.008 7 u，钕(Nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为89.904 7 u又知1 u1.660 61027 kg，试计算，1 kg铀235大约能产生的能量是多少？【解析】
7、(1)根据电荷数和质量数守恒，可得Zr的电荷数Z9260840质量数A2361433190.(2)方法一：质量亏损m(mUmn)(mNdmZr3mn)0.217 4 u.一个铀核裂变释放能量Em931.5 MeV0.217 4931.5 MeV202.5 MeV1 kg铀核含有的原子核数为n6.021023个2.5621024个1 kg铀核产生的能量E总nE2.562202.51024 MeV5.21026MeV5.210261061.61019 J8.31013 J.方法二：m(mUmn)(mNdmZr3mn)0.217 4 u0.217 41.660 61027 kg3.61028 kgE
8、mc23.61028(3108)2 J3.241011 Jn6.021023个2.5621024个E总nE2.56210243.241011 J8.31013 J.【答案】(1)4090(2)8.31013 J重核裂变核能计算的方法解答这类问题，一般是先根据核反应方程求出一个重核裂变时发生的质量亏损，由质能方程计算出释放的能量，然后用阿伏伽德罗常数把核能与重核质量联系起来；另外，在计算过程中要注意单位的统一核 电 站1核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆2减速剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“减速剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水3控制棒为
9、了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒4能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电5核污染及防护核废料具有强烈的放射性，并且持续时间非常长为保证核电站的安全，新建的核电站设有核燃料芯块的密封包壳、回路系统的密封设施及核电站的安全壳1核反应堆可以人工控制核反应速度()2减速剂的作用使快中子减速变成慢中子()3链式反应一旦形成无法进行人工控制()1核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用
10、？【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2减速剂的作用是什么？是为了减慢裂变速度吗？【提示】减速剂的作用是使快中子减速，以便于中子与铀核作用发生链式反应，不是为了减慢裂变速度，而是为了提高中子的利用率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：部件名称减速剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子，控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染2.反应堆工作原理(1)热源：在核电站中
11、，核反应堆是热源，如图351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)为减速剂，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图351(2)控制棒：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插入深度，就能控制核反应的剧烈程度(3)冷却剂：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
12、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3核反应堆与原子弹爆炸的比较原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)核反应堆是人工控制链式反应的装置4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铀棒的作用是控制反应堆的功率D石墨的作用是吸收中子E冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能【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，C错误；慢中子最容易
13、引发铀核裂变，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D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E正确【答案】ABE5原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置，它主要由四部分组成，即原子燃料、_、_、控制调节系统. 【导学号：11010049】【解析】核反应堆的主要部分包括燃料，即浓缩铀235；减速剂，采用石墨、重水和普通水；控制棒，控制链式反应的速度；冷却系统，水或液态钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆的热量传输出去用于发电【答案】减速剂冷却系统6每昼夜消耗220 g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV)【解析】一昼夜消耗的铀所能产生的核能为：E2006.0210231061.61019 J1.81013 J，电功率P W5.2107 W.【答案】5.2107 W(1)核电站释放的核能是一个个核反应释放核能积累的结果：EnE，Emc2，nNA.(2)发电站用于发电的能量只占所释放核能的一部分，则E电E.
