1、返回目录 原子核 第十九章 返回目录 第6节 重核的裂变返回目录 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 返回目录 课前 教材预案课堂 深度拓展课末 随堂演练课后 限时作业返回目录 1发现：1938年底，德国物理学家_和他的助手斯特拉斯曼，在用中子轰击铀核的实验中发现了_的裂变2定义：重核被中子轰击后分裂成两个_的新原子核，并放出_的过程要点一 核裂变哈恩 课前教材预案铀核 质量差 不多 核能 返回目录 3铀核裂变：用_轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一
2、种典型的反应是235 92U_144 56Ba8936Kr_4链式反应：当一个_引起一个重核裂变后，裂变释放的_再引起其他重核裂变，且能不断继续下去的核裂变反应中子 10n310n中子 中子 返回目录 5链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于 _ 或 裂 变 物 质 的 质 量 大 于 等 于_临界体积 临界质量 返回目录 1组成：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：由_能力很强的镉制成，用以控制链式反应的速度核反应堆 要点二 核电站铀棒 石墨 吸收中子 返回目
3、录 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_，使反应堆内的热量传输出去，用于发电裂变 循环流动 返回目录 4核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和_对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆外面要修建很厚的_，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的_，需要放入特制容器，深埋地下放射性物质 水泥层 放射性 返回目录 问题与思考1判断下列说法的正误(1)原子核发生放射性衰变的过程也是核裂变的过程()(2)核裂变是用中子轰击重核使之分裂实现的()(3)链式反应的条件是反应物质必须大于等于其临界体积或临界质量()返回目录 答案(1
4、)原子核发生放射性衰变是自发进行的，而核裂变是原子核的人工转变，(1)错误(2)核裂变是原子核的人工转变，必须用中子轰击重核才能使之分裂，(2)正确返回目录(3)原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果反应物质不够大，中子在反应物质中通过时，就有可能碰不到原子核而跑到外面去，故能够发生链式反应的反应物质必须大于等于其临界体积或临界质量，(3)正确返回目录 2核反应堆中为什么要用慢化剂将裂变产生的快中子变为慢中子？答案 中子的速度不能太快，否则会与铀235原子核擦肩而过，不能被铀核捉住也就不能发生裂变反应实验证明只有速度与热运动速度相当的中子最适于引发裂变，所以要设法使裂变产生的速度很大的快
5、中子减速，为此要在铀棒周围放慢化剂，使快中子跟慢化剂中的原子核碰撞，使快中子的能量减小，变为慢中子返回目录 课堂深度拓展考点一 重核的裂变铀核裂变1重核的裂变使重核分裂成中等质量原子核的核反应叫重核的裂变2铀核裂变的一种典型核反应方程235 92U10n144 56Ba8936Kr310n返回目录 3重核裂变的特点(1)裂变释放的能量很大重核每个核子的平均结合能为E17.7 MeV，中等核每个核子的平均结合能为E28.6 MeV.如果一个重核 235 92 U分裂成两个中等核，将释放能量E(E2E1)235211.5 MeV.返回目录(2)裂变产物具有多样性同一原子核，可以裂变为不同种类和不同
6、质量的裂块如铀核，有时裂变为氙(Xe)和锶(Sr)，有时裂变为钡(Ba)和氪(Kr)或锑(Sb)和铌(Nb)等返回目录(3)裂变产物具有放射性裂变产生的新核具有放射性，经过一系列衰变或直接发射中子后，才能成为稳定的原子核所以，裂变是人工获取放射性同位素的重要方法(4)裂变能产生多个中子返回目录【例题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，一定发生链式反应返回目录 C重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小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质量的核时，要发生质量亏损，放出核
7、能答案 D 返回目录 解析 根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，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；链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生；在裂变反应中核子数是不会减小的，如 235 92 U裂变为 9038 Sr和 136 54Xe的核反应，其核反应方程为返回目录 235 92U10n9038Sr136 54Xe1010n,其中各粒子质量分别为mU235.043 9 u，mn1.008 67 u,mSr89.907 7 u，mXe1
8、35.907 2 u,质量亏损为m(mUmn)(mSrmXe10mn)0.151 0 u，可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减小的，选项A、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，选项D正确返回目录【变式1】(多选)一个 235 92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程式为235 92U10n X9438Sr210n，则下列叙述正确的是()AX原子核中含有86个中子BX原子核中含有141个核子返回目录 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
9、以生成物的总质量减少答案 AD 返回目录 解析 设X的原子核中含有x个质子，质量数为y，根据电荷数和质量数守恒有92x38,2351y942，解得x54，y140，所以X的中子数为yx86，选项A正确；由A分析可知X的质量数为140，即核子数为140，选项B错误；裂变反应过程中质量数守恒，质量数不会增加，选项C错误；因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量减少，但总质量数不变，选项D正确返回目录 1链式反应当中子进入铀235的核中后，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，核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状
10、，这样就分裂成几块，同时放出23个中子考点二 链式反应返回目录 这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变会不断地进行下去，释放出越来越多的核能，这就是链式反应，如图所示返回目录 2一种链式反应的方程235 92U10n136 54Xe9038Sr1010nE3链式反应的条件(1)要有足够浓度的铀 235(浓缩铀)因为铀 235 可以俘获各种能量的中子(2)要保持足够数量的慢中子因为铀 235 俘获慢中子的概率大返回目录(3)临界体积要有足够大的铀块，即铀块体积不小于临界体积(发生链式反应的最小体积)可不使中子还未碰到铀核就逸出铀块返回目录【例题2】铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法
11、正确的是()A铀块的质量是重要因素，与体积无关B为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子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裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关返回目录 答案 C 解析 要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积(或临界质量)，选项A、D错误，C正确；铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，选项B错误返回目录【变式2】(多选)关于铀核裂变，下列说法正确的是()A铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不 同的核B铀核裂变时还能同时释放23个中子C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀
12、235而不用铀238D铀块的体积对产生链式反应无影响返回目录 答案 BC 解析 铀核受到中子的轰击，会引起裂变，放出23个中子，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，选项A错误，B正确；铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，选项C正确；而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，选项D错误返回目录 1核武器原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短的时间内释放出来考点三 核能的利用返回目录 2核电站(1)核电站是利用缓慢释放的核能来发电，其核心是核反应堆，其简化示意图如图所示返回目
13、录 其结构及其作用如下表所示：组成部分材料作用裂变材料(核燃料)浓缩铀(235 92 U)提供核燃料慢化剂(减速剂)石墨、重水或普通水使裂变产生的快中子减速控制棒镉吸收减速后的中子，控制反应速度返回目录 组成部分材料作用反射层石墨阻止中子逃逸热循环介质水或液态金属钠 产生高温蒸汽，推动汽轮发电机发电防护层金属套和钢筋混凝土防止射线对人体及其他生物体的侵害返回目录(2)核电站发电的优点 消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤；作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大；对环境的污染要比火力发电小返回目录(1)铀核的裂变是人为
14、的核反应，自然界中不会自发地产生(2)链式反应的速度很快，如不加以控制，能量在瞬间急剧释放(如原子弹)返回目录 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，然后用阿伏加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返回目录【例题3】已知铀核235 92U俘获一个中子后裂变生成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)，且235 92U、141 56Ba、9236Kr以及中子的质量分别是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u和1.008 7 u(1 u相当于931.5
15、MeV)返回目录(1)试写出铀裂变反应方程，并计算一个 235 92 U核裂变时放出的核能；(2)我国秦山核电站的功率为30万千瓦，假如全部铀235都能够发生这样的裂变，释放核能的一半可转化为电能，试估算核电站一年要消耗多少千克铀235?返回目录 解析(1)根据裂变产物及核反应前后质量数守恒、电荷数守恒可写出裂变反应方程为235 92U10n141 56Ba9236Kr310n核反应中的质量亏损为m235.043 9 u140.913 9 u91.897 3 u2 1.008 7 u0.215 3 u，Emc20.215 3931.5 MeV200.55 MeV 3.21011 J返回目录(2
16、)核电站一年产生的电能为EPt，t365243 600 s，每摩尔铀235全部裂变所释放的能量为NAE(NA为阿伏加德罗常数)，则消耗的铀235的物质的量为nENAE PtNAE，而铀235的摩尔质量为MU0.235 kg/mol，所以每年消耗的铀235的质量为MnMUPtNAEMU2.3102 kg返回目录 答案(1)235 92U10n141 56Ba9236Kr310n 3.21011 J(或200.55 MeV)(2)2.3102 kg返回目录【变式3】(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
17、作用是控制反应堆的温度和输出热能答案 ABD 返回目录 解析 铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，选项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，选项B正确；慢中子最容易引发铀核裂变，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，选项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，选项D正确返回目录 1原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成()A原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C原子燃料、减速剂、碰撞系
18、统和传热系统D原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统课末随堂演练返回目录 答案 A 解析 原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占3%4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；返回目录 控制调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度，它是由镉做成的放置在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠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，同时使反应堆冷却，保证安全返回目录 2下列核反应中，表示核裂变的是()A238 92U234 90Th
19、42HeB14 6C14 7N 01eC235 92U10n141 56Ba9236Kr310nD94Be42He12 6C10n答案 C 返回目录 解析 核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、核裂变、核聚变，其中衰变有衰变、衰变等.238 92U234 90Th42He是衰变，14 6C14 7N 01e是衰变，94Be42He12 6C10n是人工转变，只有选项C是核裂变返回目录 3铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：235 92U10nab210n，则ab可能是()A140 54Xe9336KrB141 56Ba9236KrC141 56Ba933
20、8SrD140 54Xe9438Sr答案 D 返回目录 解析 核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，通过核反应前后的质量数和电荷数相等不难得出，选项A、B、C错误，D正确返回目录 41 个铀 235 吸收 1 个中子发生核反应时，大约放出 196 MeV 的能量，则 1 g 纯铀 235 完全发生核反应放出的能量为(NA 为阿伏加德罗常数)()ANA196 MeVB 235 NA196 MeVC235196 MeVD NA235196 MeV答案 D 返回目录 解析 1 g铀235物质的量为 1235 摩尔，铀核数目为1235NA，则总共释放的核能为 NA235196 MeV返回目录 5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E2002202356.0210231061.61019J1.81013 J，返回目录 电功率P Et 1.80101325%243 600 W5.2107W答案 5.2107 W返回目录 课后限时作业