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1、6 核裂变,读一读思一思,辨一辨议一议,一、核裂变 阅读教材第83页,了解什么是核裂变及链式反应。 1.什么是核裂变? 答案:铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块,这类核反应叫核裂变。 2.写出典型的核反应方程式 3.什么是链式反应? 答案:当一个中子引发一个铀核裂变后,反应释放出的中子又轰击其他原子核产生裂变,释放出的中子又轰击其他铀原子核这样的反应一代接一代进行下去的过程,叫作核裂变的链式反应。,读一读思一思,辨一辨议一议,二、核电站 阅读教材第85、86页“核电站”部分,了解核电站的工作原理。 1.核反应堆由哪几部分组成? 答案:核燃料、慢化剂、控制棒等。 2.核电站的工作原理是
2、什么? 答案:核燃料裂变释放能量,使反应区温度升高。然后利用水或液态的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。,读一读思一思,辨一辨议一议,1.思考辨析。 (1)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去轰击铀核。 ( ) 解析: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,因此不能直接使用快中子。 答案: (2)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。 ( ) 解析:铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物是多种多样的,具有极大的偶然性,但裂变成两块的情况多,也有的分裂成多块。 答案:,读一读思
3、一思,辨一辨议一议,2.探究讨论。 (1)铀核裂变是如何发生的?铀核裂变在自然界中能自发进行吗? 答案:a.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。 b.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,同时放出中子,这些中子又引起其他铀核裂变,这样,裂变反应一代接一代继续下去,形成链式反应。 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中,在自然界中不会自发地发生。铀核裂变不会自发地进行,要使铀核裂变,首先要利用中子轰击铀核,使铀核分裂,分裂产生更多的中子,这些中子继续与其他铀核发生反应,再
4、引起新的裂变,这样就形成了链式反应。,读一读思一思,辨一辨议一议,(2)对于核电站的核污染应该如何处理? 答案:为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染,在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层,用来屏蔽裂变反应放出的各种射线,核废料具有很强的放射性,需要装入特制的容器,深埋地下。,探究一,探究二,对核裂变和链式反应的分析 问题导引 上图为核裂变示意图。 (1)重核裂变是一种天然现象吗? (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗? 要点提示:重核的裂变不能自发地进行,只能发生在人工控制的核反应中,只有达到链式反应的条件时,才会发生重核的裂变。,探究一,探究二,名师
5、精讲 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,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:,探究一,探究二,2.链式反应的条件 (1)铀块的体积大于临界体积。 (2)铀块的质量大于临界质量。 以上两个条件满足一个即可。 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。,探究一,探究二,典例剖析 【例题1】关于
6、重核的裂变,以下说法正确的是( ) 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 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质量的核时,要发生质量亏损,放出核能 【思考问题】 链式反应的条件是什么? 提示:(1)铀块的体积大于临界体积或铀块的质量大于临界质量。 (2)有足够数量的慢中子。,探究一,探究二,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即发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程,其释放的能量远大于其俘获中子时吸收
7、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少的,质量亏损是远小于一个核子的质量的,因此选项A、B、C均错;重核裂变为中等质量的原子核时,由于核子平均质量小,会发生质量亏损,从而释放出核能,选项D正确。 答案:D 归纳总结准确理解裂变的特点 (1)重核受中子轰击后生成中等质量的核。 (2)裂变中一般产生23个中子。 (3)裂变时产生质量亏损放出能量。,探究一,探究二,变式训练1(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
8、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,最好用纯铀235 D.铀块的体积对产生链式反应无影响 解析:铀核受到中子的轰击,会引起裂变,裂变的产物是多种多样的,具有极大的偶然性,但裂变成两块的情况多,也有的分裂成多块,并放出几个中子,铀235受中子的轰击时,裂变的概率大,且可以俘获各种能量的中子而引起裂变,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,而要引起链式反应,必须使铀块体积超过临界体积。综上所述,选项B、C正确。 答案:BC,探究一,探究二,核电站 问题导引 下图为核电站工作流程示意图。 (1)核电站的核心设施是什么? (2)核电站是
9、如何实现能量的转化与转移的?,探究一,探究二,要点提示:(1)核电站的核心设施是核反应堆。 (2)通过热交换器将核反应中产生的热量输送出来,推动汽轮机工作。,探究一,探究二,名师精讲 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:,探究一,探究二,2.反应堆工作原理 (1)在核电站中,核反应堆是热源,右图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)为慢化剂,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。,探究一,探究二,(2)镉棒的作用是吸收中子,控制反
10、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的升降,就能使反应堆安全正常地工作。 (3)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。,探究一,探究二,3.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。,探究一,探究二,典例剖析 【例题2】(多
11、选)如图是慢中子反应堆的示意图,对核反应堆的下列说法正确的是( ) A.铀235容易吸收快中子发生裂变反应 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,使控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些 D.若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,探究一,探究二,【思考问题】 如何控制核反应堆链式反应的快慢? 提示:镉控制棒可以吸收中子,因而可以控制核反应的快慢。 解析:根据铀235的特点,它更容易吸收慢中子而发生裂变,A错
12、误;在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变,B正确;链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数,镉控制棒可以吸收中子,因而可以控制核反应的快慢,即插入得深,吸收得多,反应将变慢,反之将加快,C正确,D错误。 答案:BC,探究一,探究二,变式训练2(多选)山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦。核电站与火电站相比较,其优势在于 ( ) A.核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量 B.就储能来说,地球上核燃料资源远多于煤炭 C.核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站 D.核电站比火电站更容易建造 解析:核电站与火电站相比,相等质量的核燃料放出的能量比煤
13、放出的能量要大很多,地球上可开采核矿石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍,只要措施得当,核电站造成的污染很小,核能属于清洁能源,选项A、B、C均正确;核电站的建造难度较大,选项D错误。 答案:ABC,1,2,3,1.(对重核裂变的理解)(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数目不等的中子 C.为了使裂变的链式反应容易进行,最好用纯铀235 D.铀块的体积对产生链式反应无影响 解析:铀核受到中子的冲击,会引起裂变,裂变的产物是多种多样的,具有极大的偶然性,但裂变成两块的情况比较多,也有的分裂成多块,并放出数目不等的中子,铀235受中子的轰击时,裂变的概率大,而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子时才能引起裂变,且裂变的几率小,而要引起链式反应,需使铀块体积超过临界体积,故B、C正确。 答案:BC,1,2,3,A.(M-m1-m2)c2 B.(M+m-m1-m2)c2 C.(M-m1-m2-9m)c2 D.(m1+m2+9m-M)c2 解析:铀235裂变时的质量亏损:m=M+m-m1-m2-10m=M-m1-m2-9m,由质能方程可得E=mc2=(M-9m-m1-m2)c2。 答案:C,1,2,3,
