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1、教学课题22-6 裂变备课时间教学课型新课课时1 课时授课时间教学目标知识目标1.了解重核裂变和链式反应，能根据核反应式计算裂变中释放的核能2.常识性了解核反应堆和核电站的工作情况能力目标掌握利用能量守恒的思想来分析裂变反应过程从而培养学生运用已知规律来分析和解决问题的能力德育目标通过裂变核能应用的历史过程，使学生认识通过物理实验研究和探索微观结构的研究方法及体会科学研究的艰巨性和严谨性教学重点1.了解重核裂变和链式反应，能根据核反应式计算裂变中释放的核能2.常识性了解核反应堆和核电站的工作情况教学难点1.了解重核裂变和链式反应，能根据核反应式计算裂变中释放的核能2.常识性了解核反应堆和核电站
2、的工作情况教学方法讲授法与讨论法相结合。 教学手段多媒体教学、实验教学教学用具教学环节导 言重核的核子平均结合能比中等质量的核的核子平均结合能小因此，重核分裂成中等质量的核时，会有一部分结合能释放出来这是释放原子核能原子能的一种重要方法这种核反应叫做裂变新课教学铀核的裂变 重核的裂变是在本世纪三十年代末期用中子轰击铀核时发现的铀核裂变的产物是多种多样的，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），同时放出23个中子，铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见铀核的裂变过程，可以用右面的示意图来说明当中子打进铀235后，就形成处于激发状态
3、的复核，复核中的核子由于激烈运动，使核变成不规则形状，核子间的距离增大由于核力只在极短距离内发生作用，当核子间距离增大时，核力迅速减小，因而不能克服质子间的库仑斥力使核恢复原状，核就分裂成两部分，同时放出几个中子铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是：在这个反应中释放的能量可以计算如下：裂变以前： 裂变以后： 140.9139u 235.0439u 91.8973u 1.0087u 3.0261u 236.0526u 235.8373u反应过程中质量减少m=0.2153u反应中释放的能量E=mc2=201兆电子伏在不同的反应中，铀核释放的能量也不同如果按照一个铀核裂变时放出200兆电子伏的能量来
4、估算1千克铀全部裂变时放出的原子能就相当于25O0吨优质煤完全燃烧时放出的化学能链式反应 铀核裂变时，同时放出23个中子，如果这些中子再引起其他铀核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去这种反应叫做链式反应在天然铀中，主要有两种同位素，其中99.3%是铀238，0.7%是铀235这两种铀跟中子的作用很不相同铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变，而且俘获能量低的中子发生裂变的几率较大铀238只有俘获能量大于1兆电子伏的中子才可能发生裂变，并且几率很小它俘获能量低于1兆电子伏的中子时不发生裂变，而变成轴239能量低于1电子伏的中子跟铀238基本上只发生弹性碰撞，不引起核反应因此，为了使裂变的链式反应
5、容易发生，最好是利用纯铀235铀块的体积对于产生链式反应也是一个重要因素因为原子核非常小，如果铀块的体积不够大，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积如果铀235的体积超过了它的临界体积，只要有中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反应，在极短时间内就会释放出大量的核能，发生猛烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的核反应堆 核反应堆是用人工控制链式反应的装置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图20-10是原子反应堆的示意图反应堆里用的铀棒是天然铀或浓
6、缩铀（其中铀235的含量比天然铀高）由于裂变产生的是速度很大的快中子，很容易被铀238俘获而不发生裂变，所以必须设法使中子在碰上铀238前降低速度为此在铀棒的周围放上原子量比较小、又不吸收或很少吸收中子的物质，如石墨、重水或普通水（普通水吸收中子的几率较大，但可用在用浓缩铀做原料的反应堆中），快中子跟这些物质的原子核碰撞后，能量减小，变成慢中子这种用来使中子减速的物质叫做减速剂速度跟热运动速度差不多的慢中子（能量约为1/40电子伏）叫做热中子热中子碰到铀238时会弹射回来，却容易被铀235俘获而引起裂变为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒镉吸收中子的能力很强，当反应过于
7、激烈时，使镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些；当反应过于缓慢，达不到所需功率时，使镉棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应速度就可以增大这种镉棒叫做控制棒用电子仪器自动地调节控制棒的升降，就能使反应堆保持一定的功率安全地工作反应堆工作时，核燃料裂变释放出的核能转变为热能，使反应堆的温度升高为了控制反应堆的温度，使它能正常工作，需要用水、液体金属钠或空气等流体作冷却剂，在反应堆内外循环流动，不断地带走热能这就是反应堆的冷却系统，它同时可以用来输出热能为了防止铀核裂变物放出的各种射线对人体的危害，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来，
8、对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层进行处理利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站图9-15是核电站示意图核电站消耗的“燃料”很少一座一百万千瓦的核电站，每年只消耗30吨浓缩铀，而同样功率的火力发电站，每年却要消耗250万吨煤目前，核能发电的经济效益跟火电站大体相同到1983年底，核发电已占世界发电总量的12%为了适应我国现代化建设对能源日益增长的需要，在广东、浙江、江苏、辽宁等省正在建造核电站原子能反应堆不仅可以提供强大的原子能，而且它产生的大量中子还可以用来进行各种原子核物理实验，制造各种放射性同位素利用原子能反应堆还可以生产新的核燃料从实验知道，
9、快中子被铀238俘获后，变成铀239，铀239是不稳定的，经过两次衰变后变成钚239钍232与中子作用后，经过两次衰变后变成铀233钚239和铀233的性质跟铀235一样，很容易俘获中子而发生裂变，因此也可以作为供裂变用的核燃料因此，如果在反应堆中装入轴238或钍232，并设法使每一次核裂变能够产生一个以上的钚239或铀233，那么，我们就可以使新产生的核燃料多于消耗的核燃料，使铀238和钍232也可以得到利用，这种反应堆叫做增殖反应堆地球上的铀238和钍232的总量大约是铀235的800倍建造增殖反应堆可以利用铀238和钍232，更有效地利用核资源增殖反应堆虽然处于试验阶段，但从长远来看是很
10、有前途的1平衡下面的裂变方程2铀238俘获中子后形成铀239，再经两次衰变，可成为原子反应堆中的燃料钚239写出其方程式_3一个铀235原子核吸收一个中子后，裂变成两个新的原子核，并放出两个中子经测量，这两个新原子核的质量分别为232.3210-27kg和155.9410-27kg已知铀235原子核的质量为390.310-27kg，中子质量为1.6710-27kg则一个铀235原子核裂变时释放的核能为_J=_eV4世界上第一座原子能发电站每秒需要28.5106J的能量，设一个铀235的原子核裂变时能放出约196MeV的能量，它一天需要多少铀燃料？相当于多少燃烧值为2.9107J/kg的煤完全燃
11、烧放出的能量？小 结1裂变重原子核(原子量M200)受到中子的轰击分裂成两个或两个以上中等质量原子核的现象，称为重核的裂变裂变方程，如：裂变的特点(1)裂变过程中能放出巨大的能量(2)裂变的同时能放出23个(或更多个)中子(3)裂变的产物不是唯一的注意 裂变反应的依据是实验事实，不能仅凭反应前后质量数守恒，电荷数守恒，杜撰各裂变反应2链式反应重核裂变时放出的第二代中子，继续轰击其他的核使裂变反应不断进行下去，称为链式反应链式反应的条件：(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(3)要有足够大的铀块，即铀块
12、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3核反应堆的基本部件及作用板 书 1裂变重原子核(原子量M200)受到中子的轰击分裂成两个或两个以上中等质量原子核的现象，称为重核的裂变裂变方程，如：裂变的特点(1)裂变过程中能放出巨大的能量(2)裂变的同时能放出23个(或更多个)中子(3)裂变的产物不是唯一的注意 裂变反应的依据是实验事实，不能仅凭反应前后质量数守恒，电荷数守恒，杜撰各裂变反应2链式反应重核裂变时放出的第二代中子，继续轰击其他的核使裂变反应不断进行下去，称为链式反应链式反应的条件：(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(3)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3核反应堆的基本部件及作用作 业搜寻有关裂变的知识反 思信息量过大
