核裂变

6 核裂变

[先填空]

1．核裂变

重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．2．铀核裂变

用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.

3．链式反应

当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．

4．链式反应的条件

发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量．

[再判断]

1．铀核的裂变是一种天然放射现象．(×)

2．铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(√)

3．铀核裂变时能释放出多个中子．(√)

[后思考]

1．铀核的裂变是一种天然放射现象吗？

【提示】不是．铀核在受到中子轰击后才发生裂变，不是天然放射现象，属于核反应．

2．铀核裂变的核反应方程是唯一的吗？

【提示】不是．铀核裂变的生成物并不确定，所以其核反应方程不是唯一的．

[合作探讨]

原子弹一般应该由两部分组成，一是常规炸药部分，一是核部分，核部分是由分成几块的裂变核材料组成，每一块都在临界体积以下，引爆时，借助常规炸药在极短时间内，将这几块核材料合成一体，使总体积超过临界体积，从而发生链式反应．

探讨1：为什么铀块的体积小于临界体积时不能发生链式反应？

【提示】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，或者说每一代裂变产生的中子数不少于上一代的中子数，裂变反应就能维持下去．当铀块的体积过小时，裂变产生的中子有的可能从裂变物质中漏出去，有的可能被杂质吸收，所以链式反应未必能持续下去．

探讨2：裂变反应发生后，裂变反应物的质量增加还是减小？为什么？

【提示】减小．裂变反应释放大量的能量，所以发生质量亏损，反应后的质量减小．

[核心点击]

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．

(3)常见的裂变方程：

①23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210n.

②23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n.

2．链式反应的条件

(1)铀块的体积大于临界体积．

(2)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．

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200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t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1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小．能量低于1 MeV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.

1．(多选)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，但核子数不变

D．重核裂变为中等质量的核时，放出核能

【解析】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错误，D正确．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，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错误．重核裂变时，核子数守恒，C正确．

【答案】CD

2．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：23592U＋10 n→14054Xe＋A Z Sr＋210n，则A＝________，Z＝________.

【解析】根据核反应中的质量数、电荷数守恒可知，A＝94，B＝38.

【答案】9438

对重核裂变的两点理解

(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．

(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．

[先填空]

1．核能释放的控制

通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆．

2．慢化剂

反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水．

3．控制棒

为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．

4．能量输出

核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．

5．核能发电的效益