第6节 核裂变

第6节核裂变
基础巩固
1.(2018·湖北武汉市部分学校联考)(多选)关于铀核裂变,下述说法正确的是( BC )
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:铀核受到中子的轰击,会引起裂变,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,须使铀块体积超过临界体积.故选项B,C正确.
2.(2018·西藏日喀则区一中月考)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U n→a+b+n,则a+b可能是( A ) A Xe Sr B Ba Kr
C Ba Sr
D Xe Kr
解析:核反应前后质量数和电荷数都守恒,A都守恒,B质量数不守恒,C电荷数不守恒,D都不守恒,选项A正确.
3.(2018·辽宁大连高二期末)在下列描述的核过程的方程中,属于裂变的是( D )
A C N e
B U Th He
C H H He n
D U n Xe Sr+n
解析:裂变是重核在中子的轰击下裂变成轻核,选项D正确.
4.(2018·山东滕州期中)2011年3月11日,日本东海岸发生9.0级地震,地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统,最终导致福岛第一核电站的6座核反应堆不同程度损坏,向空气中泄漏大量碘131、铯137、钡等放射性物质,这些放射性物质随大气环流飘散到许多国家.4月4日,日本开始向太平洋排放大量带有放射性物质的废水,引起周边国家的指责.有效防治核污染,合理、安全利用核能成为当今全世界关注的焦点和热点.下列说法中正确的是( B )
A.福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电的
B.铯、碘、钡等衰变时释放能量,故会发生质量亏损
C.铯137进行β衰变时,往往同时释放出γ射线,γ射线具有很强的电离能力,能穿透几厘米厚的铅板
D.铯137进入人体后主要损害人的造血系统和神经系统,其半衰期是
30.17年,如果将铯137的温度降低到0度以下,可以延缓其衰变速度解析:福岛第一核电站是利用重核裂变释放的核能进行发电的,选项A 错误;铯、碘、钡等衰变时释放能量,根据质能方程知会发生质量亏损,
选项B正确;铯137进行β衰变时,往往同时释放出γ射线,γ射线电离能力很弱,但具有很强的穿透能力,甚至能穿透几厘米厚的铅板,选项C错误;半衰期只与原子核本身有关,与其他因素无关,选项D错误.
5.(2018·山东济宁期末)铀核裂变的产物是多样的,一种典型的铀核裂变的核反应方程是U n→X Kr+n,则下列叙述正确的是
( B )
A.X原子核中含有86个中子
B.X原子核中含有144个核子
C.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量数减少
D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量数增加
解析:根据质量数与电荷数守恒,可得X的质量数为144,电荷数为56,所以中子数为144-56=88,选项A错误,B正确;裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的质量减少,质量数不变,选项C,D错误.
6.(2018·河北武邑中学期中)下列说法中正确的是( A )
A.根据爱因斯坦质能方程,物体具有的能量和它的质量之间存在着正比关系
B.核反应方程U Th He属于裂变
C.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构
D.β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束
缚而形成的
解析:根据爱因斯坦质能方程,物体具有的能量和它的质量之间存在着正比关系,选项A正确;核反应方程U Th He属于α衰变方程,
选项B错误;卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构理论,选项C错误;β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转化为质子时放出的电子而形成的,选项D错误.
7.(2018·湖南洞口一中月考)(多选)用中子n)轰击铀核U)产生
裂变反应,会产生钡核Ba)和氪Kr)并释放中子n),当达到某些条件时可发生链式反应,—个铀核U)裂变时,释放的能量约为200 MeV(1 eV=1.6×10-19 J).以下说法正确的是( BCD )
A U的裂变方程为U Ba Kr n
B U的裂变方程为U n Ba Kr+n
C U发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D.—个U裂变时,质量亏损约为3.6×10-28 kg
解析:铀核在裂变过程中需要中子的轰击,产生链式反应,所以U的
裂变方程为U n Ba Kr+n.选项A错误,B正确;链式反应在进行过程中,还需要铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去,选项C正确;根据释放出来的核能,结合质能方程ΔE=Δmc2
可知,反应过程中,亏损质量为Δm== kg≈
3.6×10-28 kg,选项D正确.
能力提升
8.(2018·江苏镇江期末)2011年3月11日在日本海域发生强烈地震,强震引发了福岛核电站危机.核电站中的U发生着裂变反应,试完成下列反应方程U n Ba Kr+ ;已知U Ba Kr和
中子的质量分别是m U,m Ba,m Kr,m n,该反应中一个U裂变时放出的能量为(已知光速为c).
解析:反应方程U n Ba Kr+X中,根据质量数守恒,X的总的质量数为235+1-141-92=3,X的总的电荷数为92-56-36=0,故X是3个
中子,即为n;一个U裂变时放出的能量为ΔE=Δmc2=(m U-m Ba-m Kr- 2m n)c2.
答案:n (m U-m Ba-m Kr-2m n)c2
9.(2018·福建莆田八中月考)若U俘获一个中子裂变成Sr及
Xe两种新核,且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u 和135.907 2 u,中子质量为1.008 7 u(1 u=1.660 6×10-27 kg,1 u 相当于931.5 MeV的能量).
(1)写出铀核裂变的核反应方程 ;
(2)求9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是(取两位有效数字).
解析:(1)根据核反应的质量数与电荷数守恒,生成物中中子的个数
n=235+1-90-136=10,
则核反应方程为U n Sr Xe+1n
(2)因为一个铀核裂变的质量亏损为
Δm=(235.043 9+1.008 7)-(89.907 7+135.907 2+10×1.008
7)=0.150 7 u,
所以ΔE=Δm×931.5 MeV=0.150 7×931.5 MeV
=140.38 MeV.
9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是
E=×6.02×1023×140.38 MeV=3.3×1027 MeV.
答案U n Sr Xe+1n 3.3×1027 MeV
10.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,完成下面的核反应方程U n Sr
Xe+1n;
(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,氙核质量为135.907 2 u,锶核质量为89.907 7 u.
中子质量为1.008 7 u,1 u=1.66×10-27 kg,浓缩铀中铀235的含量占2%.
解析:(1U n Sr Xe+1n;
(2)核电站每年放出的热量Q=Pt=1.0×109×3.6×103×24×365 J=
3.2×1016 J.
一个U裂变放出的热量ΔE=Δmc2=(235.043 9-89.907 7- 135.907 2-9×1.008 7)×1.66×10-27×(3×108)2 J=2.3×10-11 J.
需要浓缩铀m==2.7×104 kg.
答案:(1)38 136 (2)2.7×104 kg。