6.2核裂变和裂变反应堆
第2节 核裂变和裂变反应堆
损失的能量
E mc2 0.01884 931.5MeV E 17.59MeV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核；
不经 济
２、把原子核加热到很高的温度；
106～108K
聚变反应又叫热核反应
裂变 和 聚变
核反应
在核物理学中， 原子核在其他粒子 的轰击下产生新原 子核的过程，称为 核反应．
原 子 核
电子
吸收能 量
核
反
应
核子结合成原子核
放出能 量
使较重的核分裂成中等大小的 核
把较小的核合并成中等大小的 核
物理学中把重核分裂成质量较小的核， 释放核能的反应叫做裂变．把轻核结合成质 量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变．
2.裂变
原子核(原子量M＞200)受到中子的轰击分裂成 两个或两个以上中等质量原子核的现象，称为核的 裂变．
裂变方程：
235 92
U01n15349Xe3985Sr
201
n
200MeV
235 92
U01n15461
Ba9326
Kr301
n
200MeV
铀核的裂变
1939年12月，德国物理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 型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子， 其核反应方程是：
二.链式反应
原子核发生裂变时放出中子，如果这些 中子使裂变反应不断地进行下去，这种反应 叫链式反应。
链式反应
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继 续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
核裂变课件PPT
核裂变能源的优点
高效能源来源
核裂变能是一种高效的能源来源，其 产生的能量远大于传统的化石燃料。
减少温室气体排放
相比于燃烧化石燃料，核裂变能减少 了二氧化碳等温室气体的排放，有助 于减缓全球气候变化。
可替代传统能源
核裂变能可以作为传统能源的替代品 ，特别是在化石燃料资源日益枯竭的 背景下。
提供稳定能源供应
核裂变能发电站运行稳定，不受天气 、季节等因素影响，可以提供稳定的 能源供应。
核裂变能源的缺点
放射性废料处理
潜在的核安全问题
核裂变会产生放射性废料，处理和存储这 些废料需要特别的技术和设施，存在一定 的安全和环境风险。
核裂变能发电站存在潜在的核安全问题， 如核事故、核泄漏等，可能对环境和人类 健康造成严重危害。
国际合作与政策问题
核裂变能的国际合作和政策问题也是当前关注的焦点，需要加强国 际合作和政策协调，推动核裂变能的可持续发展。
CHAPTER 04
核裂变技术的应用
核裂变在能源领域的应用
01
02
03
核能发电
核裂变产生的能量可以用 于发电，相比传统的火力 发电更为高效且环保。
核能供热
利用核裂变产生的热量可 以为城市或工业区提供集 中供热，减少对化石燃料 的依赖。
反应堆容器
用于容纳核燃料和冷却剂，维 持反应堆的完整性和密封性。
冷却剂
用于将反应堆产生的热量带走 ，保持反应堆的正常运行温度 。
安全保护系统
用于在紧急情况下快速停堆， 防止事故发生或减轻事故后果 。
核裂变反应堆的工作原理
01
02
03
04
核燃料在反应堆中受到中子轰 击，发生核裂变反应，释放出
人教版高中物理核裂变与核聚变课后习题答案及解析
人教版高中物理核裂变与核聚变课后习题答案及解析练习与应用1．什么是核裂变？什么是链式反应？解析：重核分裂成中等质量原子核的核反应叫做重核的裂变。
由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
2．在核反应堆中，用什么方法控制核裂变的速度？解析：核反应堆是人工控制链式反应的装置，控制速度的原理：在铀棒之间插些镉棒，因为镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使镉棒插深些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就减慢了；反之，则把镉棒插浅一些，让它吸收中子少一些，链式反应的速度就可以增大，一般来说这些操作是用电子仪器来完成；所以在原子核反应堆中，可用能吸收中子的镉棒来控制核裂变反应的速度。
3．什么是核聚变？核聚变过程中的能量转化有什么特点？解析：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变．聚变发生时需要提供巨大的能量，但反应中放出的能量比提供的能量要大得多。
4．请分析：在地球上实现受控热核反应的必要性、可能性和困难是什么？解析：必要性:由于地球上石化燃料和裂变材料的贮量有限,开发聚变能非常重要,并且是一项十分紧迫的任务。
各国科学家都在加紧研究,以期尽快在地球上制造出人类自己的太阳,缓解甚至消除能源危机的困扰。
可能性:地球上聚变材料的储量丰富,每升水中含有0.03g的氘,地球上的河流、湖泊、海洋等有138.6亿立方米的水,大约有40亿吨氘。
聚变反应中所用的氘可以利用锂来提取,地球上锂的储量有2000亿吨,用来制取氘足以满足聚变的需要。
困难:地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温。
5．在一个反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速。
碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核都是静止的。
（1）设碰撞前中子的动能是E0，经过一次碰撞，中子失去的动能是多少？解析：设中子的质量为m，速度为v0，碳核的质量为M，碰撞后中子、碳核的速度分别为v1、v，以v0方向为正方向，根据动量守恒定律得：mv0=mv1+Mv根据机械能守恒定律得：12m v02=12m v12+12M v2由以上两式解得v1= - 1113v0碰撞一次，中子损失的动能为：△E K=12m v02-12m v12=48169E0（2）至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10-6E0？根据以上计算结果每一次后的末速度都是原来的11，所以经过n13）n v0,根据动能公式可得：次后其末速度为原来的（1113）2n=10-6这个关系式，展开的2n（lg11-lg13）=-6 （1113解得n=41.2 所以至少要经过42次碰撞才可以小于10-6E06．秦山核电站第一期工程装机容量为3×108W。
核裂变和核聚变反应堆在航空航天中的应用
核裂变和核聚变反应堆在航空航天中的应用核裂变和核聚变反应堆在航空航天中的应用核能是一种强大而高效的能源源泉，它在各个领域都有着广泛的应用。
航空航天作为一项高科技和高能耗的行业，也在寻求更加高效和可靠的能源解决方案。
核裂变和核聚变反应堆正是满足这一需求的最佳选择。
它们具有能量密度高、燃料消耗少、可持续性强等优势，因此被广泛应用于航空航天领域。
首先，核裂变反应堆在航空航天中的应用是最为成熟和广泛的。
核裂变是指一种重核分裂成两个相对轻的核的过程，释放出巨大的能量。
核裂变反应堆使用铀、钚等重核作为燃料，通过控制链式反应产生的中子来维持反应过程。
这种反应堆的最大优势是能量密度高，即少量的核燃料就可以产生巨大的能量。
对于航空航天来说，这意味着可以大大减小载荷的重量，使飞行器的续航能力大幅提升。
目前，核裂变反应堆已经应用于核动力航天器的研究和设计中。
核动力航天器是一种使用核能源来提供动力的飞行器，它可以长时间在太空中进行任务，而不需要频繁地补给燃料。
核动力航天器的优势在于它的续航能力极强，可以在长时间的航天任务中提供持续的动力。
此外，核裂变反应堆还可以用于推进系统，通过产生大量的热能来推动喷气发动机或离子推进器，提高飞行器的速度和推力。
然而，核裂变反应堆也存在一些问题需要解决。
首先，核裂变反应堆的体积较大，不适合用于小型飞行器。
其次，核燃料的处理和辐射防护都需要严格的安全措施，增加了研发和运营的成本。
另外，核裂变反应堆产生的放射性废物处理也是一个挑战。
因此，虽然核裂变反应堆在航空航天中有着广泛的应用前景，但还需要进一步的技术突破和安全保障措施。
除了核裂变反应堆，核聚变反应堆也被认为是未来航空航天能源的理想选择。
核聚变是指将轻核聚合成较重的核的过程，同样释放出巨大的能量。
核聚变反应堆使用氘、氚等轻核作为燃料，通过高温和高压条件下的核聚变反应来产生能量。
核聚变反应堆的最大优势是燃料消耗少，氘和氚等轻核燃料在地球上非常丰富，几乎可以取之不尽。
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。
《裂变反应堆》 知识清单
《裂变反应堆》知识清单一、什么是裂变反应堆裂变反应堆，简单来说，就是一种能够通过核裂变过程产生大量能量的装置。
核裂变是指重原子核（如铀、钚等）在吸收一个中子后分裂成两个或多个较轻原子核，并同时释放出能量和更多中子的过程。
在裂变反应堆中，通过控制这些中子的数量和速度，使得核裂变反应能够持续稳定地进行，从而不断地释放出能量。
这些能量可以被转化为电能、热能等形式，为我们的生活和工业生产提供动力。
二、裂变反应堆的工作原理裂变反应堆的工作原理基于核链式反应。
当一个重原子核吸收一个中子并发生裂变时，会释放出两个或三个新的中子，以及大量的能量。
如果这些新产生的中子能够继续引发其他原子核的裂变，就会形成链式反应。
为了控制反应的速率，反应堆中通常会使用控制棒来吸收多余的中子。
控制棒一般由能够强烈吸收中子的材料制成，如硼、镉等。
通过调节控制棒插入反应堆的深度，可以控制参与裂变的中子数量，从而调节反应堆的功率输出。
此外，反应堆中还需要有冷却剂来带走裂变产生的热量，防止反应堆过热。
常见的冷却剂有水、氦气、钠等。
三、裂变反应堆的分类1、按中子能谱分类热中子反应堆：在这种反应堆中，裂变主要由速度较慢（热运动速度）的中子引发。
热中子反应堆通常使用低浓缩铀作为燃料，水作为冷却剂和慢化剂。
快中子反应堆：快中子反应堆中的裂变由速度较快的中子引发。
这种反应堆可以使用更广泛的核燃料，包括贫铀和钍等。
2、按用途分类动力堆：主要用于发电和提供动力，如核电站中的反应堆。
研究堆：用于科学研究和实验，为核物理、材料科学等领域提供研究条件。
生产堆：用于生产放射性同位素或其他核材料。
四、裂变反应堆的组成部分1、核燃料核燃料是反应堆的核心部分，通常是铀、钚等可裂变物质。
核燃料需要经过一定的加工和处理，制成合适的形状和浓度，以保证反应的顺利进行。
2、慢化剂慢化剂的作用是将裂变产生的快中子减速为热中子，以便更容易引发后续的裂变反应。
常见的慢化剂有水、重水和石墨等。
【高中物理】高中物理知识点：重核裂变
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
4、核反应堆：慢中子反应堆、快中子增殖反应堆
核反应堆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，从而稳定地释放核能。根据反应堆的工作原理，主要可子增殖反应堆，它属于目前正在研究和实验的核反应堆。
判断核反应类型的方法：
【高中物理】高中物理知识点：重核裂变
重核裂变:
1、裂变：把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应。
2、铀核的裂变：
。
3、链式反应：一般说来，铀核的裂变时总是要放出2~3个中子这些种子又会引起其他的铀核裂变，这样裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量。在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
人工转变方程与聚变方程特征相似，仅从方程式上不易区分，要熟记几个典型的人工转变方程及聚变方程。
(4)放射性元素的原子核放出一个α粒子或β粒子而转变成新核的过程称为衰变。
衰变方程的重要特征是“一”前只有一个原子核， “→”后有一个α粒子或β粒子与一个新核。
裂变反应堆:
(1)裂变反应堆的组成部分、材料及作用
聚变方程的特征是“→”前有两个或两个以上的质量很小的核，“→”后是一个质量稍大些的核，有的聚变中可能还会放出一个质子或一个中子、正负电子等。
(3)人工转变通常是指某原子核在α粒子(或其他粒子)的轰击下，转变为一个新核的核反应。
人工转变方程的特征是“→”前有一个α粒子(或其他粒子)和一个原子核，“→”后有一个新核，通常还伴随一个质子或中子。
核反应方程的常见类型有：衰变、人工转变、裂变和聚变。判断某核反应方程是哪种类型的核反应时，应紧抓该类型核反应的定义，从方程式的特征上区分。
核裂变反应堆的工作原理
核裂变反应堆的工作原理
核裂变反应堆是一种将重核（如铀）的核裂变产生的能量转化为热能，进而驱动发电机发电的装置。
其工作原理如下：
1. 燃料：核裂变反应堆中使用的燃料一般是铀-235或钚-239等重核。
这些燃料的核结构相对较不稳定，容易通过核裂变反应产生大量的能量。
2. 中子：为了启动核裂变过程，需要向燃料中注入中子。
中子是一种没有电荷的粒子，能够穿透原子核，与重核发生相互作用。
中子通过剧烈撞击重核，使得核发生裂变并释放出大量的能量。
3. 控制棒：为了控制核反应的速度和稳定性，可降低或增加反应堆中中子的数量。
核反应堆中装有可移动的控制棒，一般由具有吸中子能力的物质制成（如硼化钠）。
控制棒的位置调节可以增加或减少中子与燃料核的相互作用，从而控制反应堆的功率。
4. 冷却剂：核反应过程中会产生大量热能，需要通过冷却剂将其带走。
常用的冷却剂有水、氦气等。
冷却剂在核反应堆中循环流动，通过与燃料接触，吸取热能然后带走。
5. 热交换器：核反应堆产生的热能通过热交换器传递给工质。
在热交换器中，冷却剂的热能转移给工质（如水），产生高压高温的蒸汽。
6. 蒸汽发电机：通过高温高压的蒸汽驱动发电机，将热能转化为电能。
蒸汽驱动叶轮旋转，激活发电机里的磁场，从而产生电能。
以上就是核裂变反应堆的工作原理。
核裂变反应堆通过核裂变反应释放的热能产生蒸汽，进而通过蒸汽发电机将热能转化为电能，实现发电的过程。
《核裂变和裂变反应堆》课件2
(1)1 kg铀235中含有的原子核数为:
×6.02×1023个=2.562×1024个 每1 个20 30 轴50 核裂变放出200 MeV的能量,则1 kg铀核裂变能释放
ΔE=2.562×1024×200 MeV=5.124×1026 MeV=5.124×1032×1.6×10-19 J=8.2×1013 J.
子.如果发生链式反应,铀块的体积必须大于等于临界体积,否 则中子穿过铀块时,可能不与铀核发生碰撞,从而反应不能 继续下去,故C选项正确,D选项错误.
答案:BC
巩固练习1:关于重核裂变,以下说法正确的是( ) A.重核裂变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,
(2)设与1 kg铀235相当的优质煤是m kg,则有:
m×2.94×107 J/kg=8.2×1013 J
m
8.21013 2.94107
kg=2.789×106 kg=2789 t
答案:(1)8.2×1013 J (2)2789 t
梯度练习 基础强化 1.关于裂变反应,下列说法中正确的是( ) A.用中子轰击铀核发生裂变,一定分裂为质量差不多的两块 B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量 C.铀核发生裂变时可能产生二､三或四部分 D.所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应 答案:BC
巩固练习2:已知一个铀235核裂变时能释放200 MeV的能量, 问1 kg铀完全裂变能释放多少能量?相当于多少吨燃烧值 为2.94×107 J/kg的煤所放出的能量?
解析:解答本题可按以下思维过程进行
一个铀235裂变释放的能量→1 kg铀的原子核数→1 kg铀235裂 变释放的能量→相当于x吨煤释放的能量
人教版高中选修2-3物理6.2核裂变和裂变反应堆教案(3)
核裂变三维教学目标1、知识与技能（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；（2）知道什么是链式反应；（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；（4）知道什么是核反应堆。
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（1）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；（2）通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
3、情感、态度与价值观（1）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，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系；（2）通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性；（3）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。
教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。
教学难点：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。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
（一）引入新课大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。
大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。
我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。
（二）进行新课1、核裂变（fission）提问：核裂变的特点是什么？（重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变）总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？（只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能）总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。
核反应及其应用之反应堆
No.8
核聚变（Nuclear fusion）
指由质量小的原子， 主要是指氘或氚，在 一定条件下（如超高 温和高压），发生原 子核互相聚合作用， 生成新的质量更重的 原子核，并伴随着巨 大的能量释放的一种 核反应形式。
2021年6月23日8时7分
No.9
核聚变的两大优点
核聚变能可为人类提供“取之不尽用之不竭”的能源。 地球上仅在海水中就有45万亿吨氘，1升海水中所含的 氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出 的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂 变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，可以说 是取之不竭的能源。至于氚，虽然自然界中不存在，但 靠中子同锂作用可以产生，而海水中也含有大量锂。
高温气冷堆的核燃料是富集度为90%以上(也有的高温气 冷堆采用中、低富集度)的二氧化铀或碳化铀。首先将二 氧化铀或碳化铀制成直径小于1mm的小球，其外部包裹 着热解碳涂层和碳化硅涂层.将这种包敷颗粒燃料与石墨 粉基体均匀混合之后，外面再包一些石墨粉，经复杂的 工艺加工制成直径达60mm的球形燃料元件。由于每颗 包敷颗粒燃料小球有多层包壳，而且包敷颗粒燃料小球 间有石墨包围，所以这种燃料元件在堆内几乎不会破裂。
在压水堆核电厂中，一回路的冷却剂通过堆芯时被加热， 随后在蒸汽发生器中将热量传给二回路的水使之沸腾产 生蒸汽。
2021年6月23日8时7分
No.15
压水堆优缺点
用轻水作慢化剂和冷却剂的压水堆最显著的特点是结 构紧凑，堆芯的功率密度大。
压水堆核电站结构紧凑，堆芯功率密度大，加上轻水 的价格便宜，导致压水堆在经济上基建费用低和建设 周期短。
重水堆的功率密度低。由于重水慢化能力比轻水低，为了使裂变产生的快中 子得到充分的慢化，堆内慢化剂的需要量就很大。再加上重水堆使用的是天 然铀等原因，同样功率的重水堆的堆芯体积比压水堆大十倍左右。
《核反应堆与核裂变》 讲义
《核反应堆与核裂变》讲义一、引言在当今的能源领域，核反应堆与核裂变技术占据着重要的地位。
它们不仅为我们提供了大量的电力，还在医学、工业等众多领域发挥着关键作用。
然而，对于大多数人来说，核反应堆与核裂变的原理和应用可能还比较陌生。
接下来，让我们一起深入了解这一神秘而又强大的技术。
二、核裂变的基本原理核裂变，简单来说，就是一个重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程。
在这个过程中，会释放出巨大的能量。
以铀-235 为例，当一个中子撞击铀-235 原子核时，铀原子核会吸收这个中子，变得不稳定并发生分裂。
分裂过程中，会释放出 2 到 3 个新的中子，以及大量的能量。
这些释放出的中子又会继续撞击其他铀原子核，引发链式反应，从而持续释放出更多的能量。
这个过程中释放的能量是极其巨大的。
根据爱因斯坦的质能方程E=mc²（其中 E 表示能量，m 表示质量的变化，c 表示光速），即使是微小的质量损失，也能转化为巨大的能量输出。
三、核反应堆的类型目前，常见的核反应堆类型主要有以下几种：1、压水堆压水堆是目前世界上应用最广泛的核反应堆类型之一。
在压水堆中，反应堆的冷却剂和慢化剂都是水。
水在反应堆堆芯中吸收热量，然后通过蒸汽发生器将热量传递给二回路的水，产生蒸汽驱动汽轮机发电。
2、沸水堆沸水堆与压水堆的主要区别在于，沸水堆中的水在反应堆堆芯中直接产生蒸汽，然后驱动汽轮机发电。
3、重水堆重水堆使用重水（即氘和氧组成的水）作为慢化剂和冷却剂。
重水对中子的吸收较少，因此可以使用天然铀作为燃料。
4、快中子增殖堆快中子增殖堆利用快中子引发核裂变，并通过增殖材料（如钚-239）将多余的中子转化为可裂变材料，从而实现核燃料的增殖。
四、核反应堆的结构和组成核反应堆通常由以下几个主要部分组成：1、堆芯堆芯是核反应堆的核心部分，其中包含核燃料（如铀、钚等）和控制棒。
核燃料在堆芯中发生核裂变反应，释放出能量和中子。
控制棒用于控制反应的速率，通过吸收中子来调节链式反应的强度。
核反应堆技术的现状与发展
核反应堆技术的现状与发展核反应堆技术是一种利用核裂变或核聚变反应释放能量的技术。
它在能源领域具有重要的地位，被广泛应用于发电、医疗、工业等领域。
本文将介绍核反应堆技术的现状和发展趋势。
一、核反应堆技术的现状目前，核反应堆技术主要分为两种类型：核裂变反应堆和核聚变反应堆。
1. 核裂变反应堆核裂变反应堆是利用重核（如铀、钚等）的裂变过程释放能量的一种技术。
目前最常见的核裂变反应堆是压水堆（PWR）和沸水堆（BWR）。
压水堆是目前世界上最常见的核反应堆类型，其核燃料为浓缩铀或钚铀混合物。
压水堆的冷却剂和工质是水，核燃料在反应堆中产生的热量通过冷却剂传递给蒸汽发生器，再由蒸汽发生器产生蒸汽驱动汽轮机发电。
沸水堆与压水堆类似，但其冷却剂和工质是同一种水。
核燃料在反应堆中产生的热量直接转化为蒸汽，驱动汽轮机发电。
2. 核聚变反应堆核聚变反应堆是利用轻核（如氘、氚等）的聚变过程释放能量的一种技术。
核聚变反应堆的优势在于燃料资源丰富，反应产物无放射性污染。
然而，目前核聚变反应堆技术仍处于实验阶段，尚未实现商业化应用。
二、核反应堆技术的发展趋势1. 安全性的提升核反应堆技术的安全性一直是人们关注的焦点。
未来的核反应堆将更加注重安全设计和控制系统的完善。
例如，采用更先进的被动安全系统，提高反应堆的自稳定性和自动关闭能力，减少人为操作的干预。
2. 高效能源的开发核反应堆技术在能源领域具有巨大潜力。
未来的核反应堆将更加注重能源的高效利用。
例如，采用高温气冷堆技术，提高热效率；采用核聚变反应堆技术，实现可控核聚变反应，释放更多的能量。
3. 应用领域的拓展核反应堆技术不仅可以用于发电，还可以应用于其他领域。
例如，核反应堆技术可以用于医疗领域的放射性同位素生产，用于治疗癌症等疾病；还可以用于工业领域的热能供应，用于加热、蒸汽产生等工艺。
4. 国际合作的加强核反应堆技术的发展需要国际合作和共享资源。
未来，各国将加强合作，共同推动核反应堆技术的发展。
核反应堆物理基础第6章
因为
f 0
Xe
Xe a 0
0
只要
则
Xe Xe 0 2.76 1011 neutrons/ cm2 s aXe
dN Xe (t ) 0 dt t 0
在这种情况下，停堆后氙-135 的浓度是下降的，所以不可能出 现最大氙中毒的现象。
反之 则
0
p a a
的导出
k 1 k
k 1 k
k k k 1 k k k
从临界状态出发 k=1
F a f F M P a a a
k pfPL
p
p a a f f F M f a a a
I , Xe , I 和Xe
裂变产额 裂 变 产 物铀-233
的数值如下表给出
表6-1 碘-135、氙-135和钷-149的裂变产额和衰变常数
γ（%）
衰变常数λ 秒-1
铀-235 钚-239 钚-241
碘-135 4.884 氙-135 1.363 钷-149 0.66
6.386 0.228 1.13
易裂变核Pu-239、Pu-241随易裂变核U-235的减小增 加。在燃耗较深是时， Pu-239、Pu-241和U-235一起 对功率有较大贡献。
§6.2 裂变产物的中毒
裂变毒物: 在裂变产物和裂变产物的衰变物中，那 些对热中子具有很大吸收截面的核素。
氙-135和钐-149是两种特别重要的裂变毒物。它们 不仅具有很大的热中子吸收截面，而且它们的先驱 核还具有较大的裂变产额。 根据反应性的定义，可导出裂变毒物对反应性的影响为
将tmax代入可求得最大氙浓度Nxe,max，由此可求得最大氙中毒。如 下图所示
【教学课件】核裂变与核聚变
2.惯性约束
环流器结构示意图
中国科学院的环流器装置
惯性约束示意图
典题剖析
例1.(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.铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
典题剖析
例2中国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”建设顺
课堂小结
（一）核裂变的发现
1.铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反
应定名为核裂变。
2. 由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过
程，叫做核裂变的链式反应。
核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。
（二）反应堆与核电站
（三）核聚变
轻核的聚变两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做核聚变。
一、核裂变的发现
1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼
在用中子轰击铀核的实验中发现，生成物中有原子序
数为56的元素钡。
核裂变示意图
奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释：铀核在被中子轰击后
分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施把这类核反应定名为核裂变。
一、核裂变的发现
铀核的裂变
用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产物是多
4.核裂变与核聚变
新课引入
在第二次世界大战即将结束的时候，
美国于1945年8月6日、9日先后在日
本的广岛、长崎上空投下了两颗原子
弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的
城市变成一片废墟。目前世界上有少
《裂变反应堆》 知识清单
《裂变反应堆》知识清单一、什么是裂变反应堆裂变反应堆，简单来说，就是一种能够通过核裂变过程产生大量能量的装置。
核裂变，指的是重原子核（如铀、钚等）在吸收一个中子后分裂成两个或多个质量较小的原子核，并释放出巨大能量和新的中子的过程。
在裂变反应堆中，这些核燃料被精心布置在特定的结构中，以实现可控的链式反应，从而持续稳定地输出能量。
二、裂变反应堆的工作原理要理解裂变反应堆的工作原理，首先得明白链式反应这个概念。
当一个重原子核发生裂变时，会释放出两到三个中子。
如果这些中子能够继续撞击其他的重原子核并引发新的裂变，就形成了链式反应。
在反应堆中，通过控制中子的速度、数量以及燃料的浓度和分布，来确保链式反应以适当的速度进行，既不会过快导致失控，也不会过慢而无法维持反应。
为了控制反应速度，通常会使用控制棒。
控制棒一般由能够强烈吸收中子的材料制成，如硼、镉等。
通过插入或抽出控制棒，可以调节中子被吸收的数量，从而控制反应的速率。
此外，还会使用冷却剂来带走反应产生的热量，防止反应堆过热。
常见的冷却剂有水、氦气、液态金属等。
三、裂变反应堆的分类裂变反应堆按照不同的标准，可以分为多种类型。
按用途分，有用于发电的动力堆，用于生产核材料的生产堆，以及用于研究的研究堆等。
按冷却剂和慢化剂的类型分，有水冷堆（以水为冷却剂和慢化剂）、气冷堆（以气体如氦气为冷却剂）、液态金属冷却堆（如钠冷堆）等。
按中子能量分，有快中子堆和热中子堆。
快中子堆中，裂变主要由快中子引发；而热中子堆中，中子经过慢化后成为热中子再引发裂变。
四、裂变反应堆的关键部件1、核燃料核燃料通常是铀-235 或钚-239 等易裂变材料。
铀矿石经过开采、加工和浓缩，才能得到高浓度的铀-235 作为燃料。
2、堆芯堆芯是反应堆的核心部分，里面放置着核燃料组件和控制棒。
3、压力容器用于容纳堆芯和冷却剂，承受高温高压，保证反应堆的安全运行。
4、冷却系统负责将反应堆产生的热量及时带走，以维持合适的工作温度。
核裂变和裂变反应堆
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。
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。
4 2
He
B.
164C
14 7
N
10e
C.
U 235
92
01n
15461Ba
92 36
Kr
3 01n
D.
9 4
Be
4 2
He
162C
01n
点拨
A为α衰变，B为β衰变，C为重 核裂变，D为人工转变。
2、关于铀核裂变，下列说法正确的是（ 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
2. ⑴P=500×2MW+800MW=1800MW 核电站每天能提供的电能 W=Pt=1800MW×20h=36×106kWh.
⑵反应堆中核燃料每天释放的能量为 W/30%=12×107kWh.
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。
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。
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。
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X n e 2 He
裂变前后质量数和电荷数守恒。
3. (06北京)目前核电站利用的核反应是( A ) A．裂变，核燃料为铀 B．聚变，核燃烧为铀 C．裂变，核燃烧为氘 D．聚变，核燃料为氘 要熟练掌 握课本知识。
点拨
课堂练习
1、下列核反应中，表示核裂变的是（ C ）
A.
B. C. D. 点拨
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
两次 β衰变
变成钚239
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。
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 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？
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 快中子增 殖反应堆 目前广泛应用的 实用核反应堆 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。
238 92 14 6
235 92
9 4
U Th He C N e
234 90 14 7 4 2 0 1
U n
1 0
141 56
Ba Kr 3 n
92 36 1 0
4 1 Be 2 He 12 C 6 0n
A为α衰变，B为β衰变，C为重 核裂变，D为人工转变。
怎样让释放的核能有价值呢？
想一想
哈恩
235 92 1 0
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：
141 56
U+ n
Ba + Kr + 3 n
92 36
核子平均质量
D E
F O
A C B Z
Fe 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）。
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。
想一想
核反应示意图
反应物
生成物
核子数
＝
核子数 原子核质量 核子数
核子的平均质量 ＝
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，铁原子核中原子的平均 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。
铀235裂变
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 爆 炸
原 子 弹
怎样想办法让链式反应中释放的 巨大能
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。 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。
还可以用钍232代替上述的铀238经历同样反应 后变为铀233。 铀233也是一种可裂变的核燃料。快中子增殖 反应堆可以利用除铀以外的钍燃料和其他反应堆 中用过的核废料。
热交换器
蒸汽轮机
蒸汽 水 泵 水泥防护层 冷却剂 泵
发电机
原子 反应堆
冷凝器
核电站原理示意图
在第一循环回路中，高压和高温的水霸堆芯 的热量传到蒸汽发生器中，使第二循环回路中的 水汽化。高压水蒸气再推动汽轮发电机组发电， 这部分与火力发电厂基本相同。 核电站消耗的核燃料很少，一座百万千瓦级 的核电站，每年只消耗约30t浓缩铀，而同样功率 的火电站，每年只消耗约2.5×106t煤。
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
1 0
铀235的裂变
92 36
Kr
1 0
n
235 92
U
141 56
Ba
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.
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
由燃料棒、控制棒和慢化剂组成
反射层
水泥防护层
把外逸的中子反射回堆层
屏蔽堆中放出的各种射线 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。
注意
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。
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。
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。
优点
经济效益方面，不在火电站之下。 对环境的污染比火电站小。
课堂小结
1、裂变和链式反应 ⑴ 重核分裂成中等质量的核，释放出核能
的反应称为核裂变。
⑵ 2 3 5U 1 n1 4 1Ba9 2Kr 3 1 n
92 0 56 36 0
⑶ 理解链式反应。
2、核反应堆
⑴ 核反应堆是一种可控链式反应的装置。 ⑵ 根据工作原理，核反应堆可分为慢中子 反应堆和快中子增殖反应堆。 3、核电站 ⑴ 核电站利用核能发电，其核心设施为核 反应堆。 ⑵ 与火电站相比，对环境污染小。
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。
教材习题答案
1.慢化剂作用：裂变时产生的中子大都是 快中子，慢化剂使他们减速，成为可诱发铀 235裂变的慢中子，从而维持链式反应。 控制棒作用：控制棒由吸收能力很强的金 属镉制成，将它插在铀棒之间，可调节反应堆 中的中子数目，从而控制链式反应快慢，使反 应既不过分剧烈，又能按一定强度反应下去。
核电站与火电站主要不同之处在于怎样获得推 动蒸汽轮机转动的高压水蒸汽。核电站的第一循 环回路是通过在反应堆内外循环流动的制冷剂。 例如高压的水把堆芯裂变产生的热传输堆外的蒸 汽发生器中。而火电中则燃料直接通过燃烧加热 锅炉中的水，产生高压水蒸气。 2. ⑴P=500×2MW+800MW=1800MW 核电站每天能提供的电能 W=Pt=1800MW×20h=36×106kWh. ⑵反应堆中核燃料每天释放的能量为 W/30%=12×107kWh.
裂 变 反 应 堆
和
核 裂 变
第 二 节
教学目标
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。
知识回顾
238 92
U
234 90
衰变
Th ＋ 4 He 2
0 Pa ＋ -1
234 90
14 7
Th
234 91
e
4 1 N+ 2 He 17 O + 8 1H
人工转变
9 4
Be + He C + n