【全程复习方略】2015-2016学年高中物理 19.6核裂变(精讲优练课型)课件 新人教版选修3-5

一代接一代 继续下 3.链式反应:由重核裂变产生的中子使裂变反应___________ 去的过程叫核裂变的链式反应。
4.临界体积和临界质量:把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫 作它的临界体积,相应的质量叫作临界质量。 2 800t 标准 5.核裂变的能量:1kg铀235全部裂变放出的能量相当于_______ 煤完全燃烧时释放的化学能。
235 92 144 89 1 U 1 0 n→56 Ba 36 Kr 0 n
A.这个实验的核反应方程是
B.这是一个核裂变过程,反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之 和 C.这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的光电效应方程来计算 D.实验中产生的γ 射线穿透能力极强
【解题探究】 (1)怎样分析判断核反应方程是否正确? 提示:根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒分析判断。 (2)如何判断反应前后粒子的质量关系。 提示:根据核反应是吸能还是放能反应判断。
个中子。要使链式反应发生,裂
变物质的体积要
(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。
235 144 89 1 【解析】由质量数和电荷数守恒可知: 92 U 1 n → Ba Kr 3 0 56 36 0 n，
可见产生了3个中子,链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或 等于临界体积。 答案:3 大于
【特别提醒】
(1)裂变的中子方面:铀核裂变的产物是多样的,放出的中子数目有多
有少,中子的速度也有快有慢。
(2)发生链式反应的条件方面:裂变物的体积必须大于临界体积才能发
生链式反应。
【典例示范】1938年哈恩用中子轰击铀核,发现产物中有原子核钡 (Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ 射线。下列关于这个实验的说法中正确 的是 ( )
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200MeV估算,1kg 铀235全部裂变放出的能量相当于2800t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238,0.7%的是铀235,中
处的环境或状态无关,D选项错误。
【过关训练】
1.(拓展延伸)【典例示范】中,若铀核裂变放出的不是3个中子而
(3)常见的裂变方程:
235 139 95 1 ①92 U 1 0 n →54 Xe 38 Sr 20 n。 235 144 89 1 ②92 U 1 n → Ba Kr 3 0 56 36 0 n。
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。
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核 裂 变
一、核裂变及链式反应 中子 轰击后分裂成两块质量差不多的碎块的核反 1.核裂变:重核被_____ 应。 2.铀wenku.baidu.com裂变:用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多样的, 其中一种典型的裂变是
235 92 1 3 0n 。 U n→ Ba Kr ___ 1 0 144 56 89 36
B.铀235被中子轰击后二者都会发生分裂
C.要使铀块发生链式反应,其体积必须足够大
D.铀235分裂成两个中等质量的核,比结合能减小,放出核能
【解析】选C。铀核也有三分裂、四分裂现象,A错误;慢中子最适于引
发裂变,但并不是轰击后都会发生分裂,B错误;要发生链式反应,铀块
的体积必须大于临界体积,C正确;中等质量核的比结合能最大,铀核分
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。
【归纳总结】
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 项目 采用的 材料 作用 石墨、重水或普 通水(也叫轻水) 降低中子速度,便 于铀235吸收 慢化剂 控制棒
热循环 介质 水或液态钠
保护层 很厚的水泥 外壳
镉
吸收中子, 把反应堆内 屏蔽射线, 控制反应 的热量传输 防止放射性 速度 出去 污染
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1MeV的中子才能发生裂变,且裂变的几 率小。能量低于1MeV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。
否则中子从铀块中穿过时,可能碰不到原子核,则不会发生链式反应,B
错。重核裂变时,核子数守恒,C错。
2.(2015·江苏高考)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进
行发电,
144 56
235 92
235 U 是核电站常用的核燃料。 92 U 受一个中子轰击后裂变成
两部分,并产生 Ba和89 36 Kr
【补偿训练】
1.下列核反应中,表示核裂变的是
238 234 4 A.92 U→90 Th 2 He 14 0 B.14 C → N 6 7 1 e 235 144 89 1 C.92 U 1 n → Ba Kr 3 0 56 36 0n 4 12 1 D.9 4 Be 2 He→6 C 0 n
2.反应堆工作原理: (1)热源:在核电站中,核反应堆是热源,如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。
(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。
下列说法正确的有
(
)
A.上述裂变反应中伴随着中子放出
B.铀块体积对链式反应的发生无影响
C.铀核的链式反应可人工控制 D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响
【解题探究】 (1)链式反应有什么特点? 提示:①反应产生的中子多于反应需要的中子。
②铀块体积要大于临界体积。
(2)原子核的半衰期由什么因素决定?
(
)
238 234 14 14 0 【解析】选C。92 是α衰变， 是β衰变， U→90 Th 4 2 He 6 C→7 N 1 e 9 4 4 1 是人工转变，只有C选项是重核裂变。 Be 2 He→12 C 6 0 n
2.关于重核的裂变,以下说法中正确的是
(
)
A.铀235被中子轰击后都会分裂成两块质量差不多的碎块,同时放出几 个中子
强,是能量极高的光子,选项D正确。
【过关训练】
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.重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能
【解析】选D。核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损 ,是核能 转化为其他形式能的过程,其能量远大于俘获中子时吸收的能量 ,A 错,D对。发生链式反应是有条件的,铀块的体积必须大于其临界体积,
核燃料裂变 释放的能量,使反应区温度升高。 2.工作原理:___________ 3.能量输出:利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动,
热量 传输出去,用于发电。同时也使反应堆冷却。 把反应堆内的_____
4.核污染的处理: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
二、核电站 反应堆 它主要由以下 1.核电站:利用核能发电,它的核心设施是_______, 几部分组成:
铀棒 。 (1)燃料:_____ 石墨、重水或普通水 (2)慢化剂:铀235容易捕获慢中子发生反应,采用___________________ 作慢化剂。
(3)控制棒:为了调节中子数目以控制反应速度,还需要在铀棒之间 吸收中子 的能力很强,当反应过于激烈时,将隔棒 插进一些隔棒。镉_________ 插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度会慢一些,这种镉 棒叫作控制棒。
裂时比结合能增大,放出核能,D错误。
【规律方法】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2～3个中子。 (3)裂变时产生质量亏损放出能量。
二、核电站的结构及工作原理
思考探究:
如图所示为核电站工作流程示意图
(1)核电站的核心设施是什么? (2)核电站是如何实现能量的转化与转移的? 提示:(1)核反应堆是核电站的核心设施,原子核的链式反应在此进行。 (2)在核反应堆中核能转化为内能,在第一回路通过水或钠将反应堆内 的热量传输出去,在第二回路用于发电,内能转化为电能。
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。
【典例示范】(多选)(2013·广东高考)铀核裂变是核电站核能的
重要来源,其一种裂变反应式是
235 92 144 89 1 U 1 n Ba Kr 3 0 56 36 0 n。
提示:(1)×。在核反应中,中子的速度不能太快,否则不能发生核裂变。 (2)√。核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。 (3)×。核反应堆用过的核废料具有很强的放射性 ,需要装入特制的容 器深埋地下。
一、对重核裂变和链式反应的分析 思考探究: 如图为核裂变示意图。
(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? 提示:(1)重核裂变不是天然现象,是中子轰击才能发生的核反应。 (2)有中子轰击铀块,铀块的体积大于临界体积,这样就可以产生链式 反应。
【正确解答】选D。根据质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂变的核反
235 144 89 1 应方程应为: 92 ,选项A不正确;铀核裂变过程 U 1 n → Ba Kr 3 0 56 36 0n
中产生γ射线,放出能量,发生质量亏损,释放的能量根据爱因斯坦的
质能方程计算,选项B、C不正确;核反应中产生的γ射线,穿透能力极
【判一判】
(1)铀核裂变的产物是固定的,就是生成钡和氪,同时放出3个中 子。 ( ) ( ) )
(2)裂变中放出的中子数目是固定的3个中子。
(3)只有铀块的体积大于临界体积时,才能够发生链式反应。( 提示:(1)×。铀核裂变的产物是多样的。 (2)×。裂变中放出的中子数目有多有少。
(3)√。只有铀块的体积大于临界体积时,裂变产生的中子才能够有足 够的概率打中某个铀核,使链式反应进行下去。
【归纳总结】 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。
提示:由元素本身决定,与原子核所处的物理、化学状态无关。
【正确解答】选A、C。核裂变反应是重核被中子轰击后分裂成两个中
等质量的原子核并放出若干个中子的反应 ,A选项正确;铀块要发生链
式反应需达到一定的体积,B选项错误;链式反应可人工控制用以建立
核电站,C选项正确;原子核的半衰期由原子核本身的性质决定 ,与其所
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。 的_______,
【判一判】
(1)在核反应中,中子的速度越大越容易击中铀核。 (2)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。 (3)核反应堆用过的核废料无毒无害。 ( ) ( ( ) )