高中物理 第十九章 原子核 6 核裂变课堂互动学案 新人

6 核裂变
课堂互动
三点剖析
一、重核的裂变
铀核裂变的几个特点：
①铀核裂变能放出巨大的能量；
②铀核裂变的产物是多种，同时能放出2—3个(或更多个)中子.
例如：
n Sr Xe n U 1094381395410235
92
3++→+ n Kr Ba n U 109236141
5610235
923++→+.
二、链式反应
维持链式反应要有一定的条件.如果每次裂变放出的中子平均有一个能再度引起裂变反应，或者说一代裂变中子的总数不少于前一代的中子数，链式反应就能维持下去.裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被杂质裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被杂质吸收，所以就要减少裂变物质中的杂质，增大裂变物质的体积来维持链式反应.参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少，裂变物质达到临界体积时，链式反应就可以持续下去.跟临界体积相对应的裂变物质的质量，叫临界质量.纯铀235的临界体积(球形)，直径只有4.8 cm ，相应的临界质量只有1 kg 左右.核反应堆不同，临界质量不同.
三、裂变反应堆
1.核反应堆的主要组成
(1)核燃料.用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3％—4％).
(2)减速剂.用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收).
(3)控制棒.用镉做成(镉吸收中子的能力很强).
(4)冷却剂.用水或液态钠(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).
(5)水泥防护层.用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.
2.核能发电的优缺点
优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济.
缺点：①一旦核泄露会造成严重核污染；②核废料处理困难.
各个击破
【例1】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
B.铀核裂变时还能同时释放2—3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：铀核裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有三分裂和四分裂的情况并放出几个中子，铀235受中子轰击时，裂变的概率大，但可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获快中子才能引起裂变，且概率小，而要引起裂变，铀块体积必须超过临界体积，故正确选项为B 、C.
答案：BC
【例2】已知铀235的质量为235.043 9 u ，钡141的质量为140.913 9 u ，氪92的质量为91.897 3 u ，每个中子质量为1.008 7 u.1 kg 铀235发生n Kr Ba n U 1092361415610235
923++→+的
铀核裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量?(1 kg 优质煤完全燃烧时能产生3.36×107 J 的热量)
解析：质量亏损为：△m=(m U +m n )-(m Ba +m kr +3m n )
=236.052 6 u-235.837 3 u=0.215 3 u
释放的能量：△E =△mc 2≈201 MeV
1 kg 铀235含有的铀原子核数目为 N=235
1000× 6.02×1023=2.56×1024 个 1 kg 铀完全反应释放的总能量为：E 总=N·△E=2.56×1024 ×201×106×1.60×10-19
J=8.23×1013 J
1 t 煤完全燃烧释放的能量为：E=1 000×2.9×107J=2.9×1010 J ，故1 kg 铀完全反应相当
于这样的煤完全燃烧的吨数为：n=2.84×103 t.
答案：2.84×103 t
【例3】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.核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件.
(1)核反应堆中的“燃料”是
U 23592，完成下面的核反应方程式
n Xe Sr n U 10)(5490)(10235
9210++→+； (2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀?已知铀核的质量为235.043 9 u ，氙质
量为135.907 2 u.1 u=1.66×10-27 kg ，浓缩铀中铀235的含量占2％.
解析：(1)n Xe Sr n U 10)136(5490)38(10235
9210++→+.
(2)核电站每年放出的热量：
Q=P·t=1.0×109×3.6×103×24×365 J=3.2×1016 J.
一个U 235
92裂变放出的能量：△E=△m ·c 2=(235.043 9-89.907 7-135.907 2-9×1.008 7)×
1.66×10-27×(3×108)2J ＝
2.3×10-11 J.
需要浓缩铀：m=02
.0⨯∙∙A N E u Q ＝2.7×103 kg 答案：(1) (2)2.7×103kg。