人教版高中物理选修2-3 《核裂变和裂变反应堆》教案参考

重核裂变链式反应

1942年，意大利科学家恩瑞克费米领导了世界上第一座原子核反应堆的建设和试验工作。

同时研究使链式反应变为连续、缓慢、可控的何反应，使核能平缓地释放出来。 1942年12月2日，在美国芝加哥体育场的看台下，世界上第一座用石墨作减速剂的原子核反应堆竣工落成

一．核能：原子核发生变化时释放的能量

一个核子要摆脱其它核子的核力吸引，需要巨大的能量。

1．结合能：核子结合成原子核时要放出一定的能量；原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量

γ光子照射氘核：

光子的能量等于或大于2.22MeV

中子和质子结合： 放出的光子的能量为2.22MeV

平衡下列核反应方程：

在核反应堆中，石墨起 的作用，镉棒起 的作用。

关于太阳辐射能的主要由来，下列说法中正确的是（ ）

A ．来自太阳中重元素裂变反应释放的核能

B ．来自太阳中轻元素聚变反应释放的核能

C ．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能

D ．来自太阳本身贮存的大量内能

2．平均结合能：一个原子核结合能，除以这个原子核的核子数，得到的结果叫做每个核子的平均结合能。

平均结合能是核子结合成原子核时（把原子分解成核子时）每个核子平均放出（吸收）的能量。

平均结合能越大，原子核就越难拆开。

平均结合能的大小反映核的稳定程度:质量数较小的轻核和质量数较大的重核，平均结合能较大;中等质量的原子核，平均结合能大。即将中等质量数的原子核打散成核子要提供给每个核子的能量大。

二．重核裂变：重核受到其它粒子（如中子）轰击时裂变成两块质量较轻的核，同时还能放出中子。

1．重核的裂变是在1939年12月，德国的哈恩和他的助手斯特拉斯曼，用中子轰击铀核时发现。

2．铀核（92）裂变的产物多种多样，裂变为氙（Xe54）和锶（Sr38）、钡（Ba56）和氪（Kr36）、锑（Sb51）和铌（Nb41），同时放出2~3个中子。还能分裂成三部分或四部分（少见）

3．裂变的原因：中子打进铀核，形成处于激发态的复核。复核中核子剧烈运动，核变成不规则形状，核子间的距离增大，核力减小，不能克服库伦斥力，裂变。

4．重核裂变是获得原子核能的一个重要途径。

n Xe Sr U 101365490382359210++→+n H H 101121+→+γγ

+→+H H n 211110

三．链式反应

1．概念：重核裂变时放出的中子引起其他核的裂变，可以使裂变不断进行下去，这就是链式反应。

2．链式反应的重要因数：铀块的体积对于产生链式反应是一个重要因数。

因为核的体积很小。若铀块体积不够大，中子可能还没碰到铀核就跑到铀块外面去了。

3．临界体积：能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。

4．原子弹根据链式反应的原理（重核裂变）制成：中子进入，引起铀核的链式反应，在极短时间内释放出大量核能，发生猛烈爆炸。

5．铀核产生链式反应的条件：中子的“再生旅”大于1。

打中235铀核能引起裂变，中子数增多

打中238不引起裂变，中子数减少，有些杂质吸收中子。

要使核链式反应，必须在每一个核裂变所放出的中子当中，至少有一个能再引起新的核裂变。

五．核反应堆：用人工方法控制核裂变链式反应并获得核能的装置。

1．核反应堆的结构：

核燃料棒：天然铀或浓缩铀，235的含量2%~4%

控制棒：镉棒插在核燃料棒之间，吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些

减速剂：石墨、重水、普通的水。不吸收或很少吸收中子的物质，快中子跟这些物质的原子核碰撞后，能量减少，变成慢中子，该种物质又称为减速剂。

冷却系统：水、液态金属钠、空气等流体。控制反应堆的温度。在反应堆内外循环流动，把反应堆内的能量传输出去。

防护层：反应堆外面修建很厚的水泥防护层。防止裂变放出的射线对人体的损伤。对放射性的废料，要装入特制的容器，埋入深地层进行处理。

2．核反应堆的用途：核动力发电、推进火箭、飞机、潜艇、水面舰艇、淡化海水；用来生产放射性同位素和进行放射性工作人员培训工作；利用堆内中子生产裂变物质钚（Pu94）、氚，即生产堆。

六．核电站：利用原子核裂变放出的核能来发电的发电厂。

核反应堆释放的热能使水气化，蒸汽推动汽轮发电机发电，实现了核能向电能的转化。

A．放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量

C．重核裂变放出的能量D．轻核聚变放出的能量

2．原子弹和氢弹各是根据什么原理制造的？

A．都是重核的裂变原理

B．都是轻核的裂变原理

C．原子弹是根据聚变原理，氢弹是根据裂变原理

D．原子弹是根据裂变原理，氢弹是根据聚变原理

3．关于原子核能，下列说法中正确的是

A．原子核分裂成核子时要放出能量

B．原子核分裂成核子时，放出能量，质量减少

C．原子核分裂成核子后，核子的总质量大于原子核的质量，表明该过程要吸收能量

D．核子结合成原子核时，质量增加，吸收能量

4．下列各种核反应过程中，一定会释放能量的是

A．几个核子结合成一个原子核

B．原子核的人工转变

C．重核的裂变

D．反应前核的总质量大于反应后核的总质量