核裂变和裂变反应堆1 PPT

目前正在研究和 试验的核反应堆
① 慢中子反应堆
堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后 发生的裂变。
反应堆主要通过以下两个方面来控制链式 反应。
第一，铀裂变时产生的中子大都为快中子， 而铀235易俘获慢中子而不易俘获快中子。因此， 需用慢化剂使裂变中放出的快中子减速，成为 可以诱发铀235裂变的慢中子（又称热中子）， 从而维持链式反应。常用的减速剂有轻水（普 通水）、重水或石墨。根据所用慢化剂的不同。 反应堆可以分为轻水堆、重水堆、石墨堆等。
1、知识与能力
知道核裂变的概念，知道重核裂变中 能释放出巨大的能量。 知道什么是链式反应。 了解常用裂变反应堆的类型，了解核 电站及核能发电的优缺点。
2、过程与方法
通过对核子平均质量与原子序数关系 的理解，培养学生的逻辑推理能力及 应用教学图像处理物理问题的能力。
3、情感态度与价值观
激发学生热爱科学、探求真理的激情， 树立实事求是的科学态度。 确立世界是物质的，物质是运动变化的， 而变化过程必然遵循能量守恒的观点。
可以估计，如果1kg铀全部裂变，它放出的 能量约为2000t优质煤完全燃烧时释放的能量。
一般说来，铀核裂变时总要释放出2～3个中 子，这些中子又引起其他的铀核裂变并释放更多 的中子，这样裂变就会自动的不断进行下去，释 放出越来越多的能量，这一过程称为链式反应 （chain reaction）。
中子 铀235裂变
核裂变和裂变反应堆
知识回顾
衰变
U 238
92
234 90
Th
234 90
Th
＋
4 2
He
e 234
91
Pa
＋
0 -1
人工转变
14 7
N
+
4 2
He
17 8
O
+
1 1
H
9 4
Be
+
4 2
He
12 6
C
+
1 0
n
导入新课
秦山核电站 想了解它们吗？
核电站中的核反应堆 Let us go！！！
教学目标
②快中子增殖反应堆
目的 特点
为了更充分的利用天然铀资源。 每“烧”掉一个裂变核可以产生一个以上 的新的燃料核。
维持链式反应
核裂变中产 生的快中子
被铀238 吸收
变成铀239
变成钚239
两次 β衰变
钚239也是一种可裂变的核燃料。在快中子增 殖反应堆中，钚239产生的速度大于铀235消耗的 速度，结果核燃料中可裂变产物会越来越多，由 此将天然铀资源的利用率提高到60%～70 % 。相 当于可利用的天然铀资源增加了60 ～ 70倍。
U 235
92
+
1 0
n
141 56
Ba
+
92 36
Kr
+
3
1 0
n
铀235的裂变
1 0
n
U 2 3 5 92
9 3
26 K
r
B 1 4 1
56
a
裂变时会释放出巨大的核能。在上述裂变
的前后的质量亏损为 △m=0.358×10-27kg
释放的核能为
△E=△m·c2=201MeV
铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。 一般说来，铀核裂变时平均每个核子释放的能量 约为1MeV.
由于重核的不稳定性，有的重核会发生自发 裂变，但这种裂变中核能释放的过程进行得极其缓 慢，功率很小。
例如，在自发裂变情况下，1g铀238要经过45 亿年才剩下0.5g，再经过45亿年剩下0.25g……如此 缓慢地释放何能是毫无价值的。
怎样让释放的核能有价值呢？
想一想
哈恩
1939年12月，德国科学家哈恩和 他的助手斯特拉斯曼发现，用中子 轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀 核裂变的产物是多种多样的，一种 典型的反应是裂变成钡和氪，同时 放出三个中子。核反应方程为：
第二，用吸收中子能力很强的镉做成控制 棒，将它们插入铀棒之间。用控制棒调节反应堆 中的中子数目，从而控制链式反应的速度，使反 应既不会过分剧烈，又能以一定强度进行下去。
反应堆内外循环流动的冷却剂将裂变产生 的热传输出去。常用的冷却剂有轻水、重水和液 态金属钠。
用普通水做慢化剂和冷却剂的轻水堆又分为 沸水堆和压水堆。
慢中子反应堆结构示意图
控制棒——镉棒
燃料棒——铀棒
水泥防护层
减速剂
堆芯 反射层 水泥防护层
由燃料棒、控制棒和慢化剂组成 把外逸的中子反射回堆层 屏蔽堆中放出的各种射线
注意
a 建造核反应堆时要特别注意的 问题是防止放射线和放射性物质的泄
露，以伤害人体、污染环境。
b 核反应堆中使用过的核废料仍然具有很强的 放射性，必须装入特制的容器，深埋地下。
教学重难点
1、重点
链式反应及其释放核能的计算。 重核裂变核反应方程式的书写。
2、难点
通过核子平均质量与原子序数的关系，推 理得出由质量数较大的原子核分裂成质量 数较小的原子核释放能量这一结论。
本节导航
1、裂变和链式反应 2、核反应堆 3、核电站
通过前面的学习，核反应中有些
可以释放出能量，有些要吸收能量， 想一想
核反应堆（nuclear reactor）是一种实现可控 链式反应的装置，它可以使堆内的链式反应以一 定的强度进行下去，从而稳定的释放核能。
1945年，世界上那个第一个实验核反应堆建 成。
核反应堆的类型多种多样，根据反应堆的 工作原理，主要分为以下两类：
慢中子反应堆
目前广泛应用的 实用核反应堆
快中子增 殖反应堆
什么样的核反应会放出能量呢？
物理学家发现，不仅核子结合成原子时核 时有质量亏损，会放出核能，有些重核分裂成中 等质量的核时也会发生质量亏损，同时放出巨大 的核能。
想一想，这又是为什么呢？
想一想
核反应示意图
反应物
核子数
＝
核子的平均质量 ＝
生成物
核子数
原子核质量 核子数
精确的研究表明，原子核的质量虽然随着 原子序数Z的增大而增大，但是二者之间并不 成正比关系。人们发现，不同的原子核，其核 子的平均质量（原子核的质量）如下页的图。
从图中可以看出，铁原子核中原子的Baidu Nhomakorabea均 质量最小。如果原子序数较大的重核分裂成原 子序数小小一些的核B和C，或者原子序数很小 的轻核D、E结合成一个原子序数大些的F核， 都会有质量亏损，都会放出巨大的核能。
核子平均质量
D E
F
A
CB
O
Fe
Z
核子的平均质量与原子序数之间的关系
名词解释
重核分裂成中等质量的核 时，释放出核能的反应称为核 裂变（nuclear fission）。
中子
如果不对链式反应进行控制，雪崩式的链 式反应就会在瞬间发生，数量巨大的铀核在不 到百万分之一秒内全部全部裂变会放出惊人的 能量，并形成剧烈爆炸。
原子弹原理
原
子
弹
原
爆
子
炸
弹
怎样想办法让链式反应中释放的
巨大能量为我们所用而又不引发爆炸 想一想
呢？
我们应该让链式反应中产生的核能稳定释放， 必须控制链式反应进行的速度。