《核裂變和裂變反應(yīng)堆》課件2.ppt

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1、核裂變和裂變反應(yīng)堆知識(shí)梳理圖【知識(shí)點(diǎn)】1.重核的裂變2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)3.核反應(yīng)堆情景設(shè)置我們已經(jīng)知道在核反應(yīng)中可以放出大量能量,核電站就是利用核反應(yīng)中放出的能量發(fā)電的,用這種方式發(fā)電比煤發(fā)電要好得多,我國(guó)也相繼建成了浙江秦山核電站和廣東大亞灣核電站等.核裂變過程中釋放的能量相當(dāng)巨大.那么重核是如何裂變的呢?深化探究一?重核的裂變1.定義:使重核分裂成中等質(zhì)量的原子核的反應(yīng)叫重核裂變.重核的裂變只發(fā)生在人為控制的核反應(yīng)中,自然界不會(huì)自發(fā)的產(chǎn)生.2.鈾核的裂變(1)發(fā)現(xiàn):1938年德國(guó)物理學(xué)家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時(shí),發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變,向核能的利用

2、邁出了第一步.(2)裂變方程:裂變的產(chǎn)物是多種多樣的,一種典型的鈾核裂變的產(chǎn)物是鋇和氪同時(shí)放出3個(gè)中子,核反應(yīng)方程如下:23592U+10n→14456Ba+8936Kr+310n(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng):當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后,分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核,同時(shí)放出2-3個(gè)中子,這些中子又引起其他鈾核裂變,這樣,裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去,釋放出越來越多的核能,這就叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng).如下圖所示,這個(gè)反應(yīng)速度很快,不加控制的話,能量在很短的時(shí)間內(nèi)急劇釋放(原子彈),如果采用其他方法,對(duì)反應(yīng)速度加以控制的話,能量緩慢釋放(核電站)(4)臨界體積:鈾塊的大小是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否進(jìn)行的

3、重要因素,如果鈾塊的體積不夠大,中子在鈾塊中通過時(shí),就有可能碰不到鈾核,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不能繼續(xù),通常把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做臨界體積,相應(yīng)的質(zhì)量叫臨界質(zhì)量.核電站是利用緩慢釋放的核能來發(fā)電的,這是核能的和平利用,因此核電站是可控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng).核電站的核心是核反應(yīng)堆,核反應(yīng)堆的主要組成及其作用1.核燃料:反應(yīng)堆使用濃縮鈾(鈾235占3%-4%),制成鈾棒作為核燃料,釋放核能.2.中子慢化劑:鈾235具有容易俘獲慢中子,不易俘獲快中子的特點(diǎn),而核反應(yīng)釋放的中子多數(shù)為快中子,應(yīng)用慢化劑使它們速度降下來,常用的慢化劑的物質(zhì)有石墨?重水和普通水(輕水)

4、.3.控制棒:由吸收中子能力很強(qiáng)的鎘制成的,用以控制核反應(yīng)速度.4.保護(hù)層:反應(yīng)堆外層是很厚的水泥壁,可防止射線輻射.5.熱交換器:靠水或液態(tài)金屬鈉在反應(yīng)堆內(nèi)外的循環(huán)流動(dòng)把產(chǎn)生的熱量傳輸出去.典例分析一?對(duì)裂變的理解例1:關(guān)于鈾核裂變,下述說法中正確的是()A.鈾核裂變的產(chǎn)物多種多樣,但只能裂變成兩種不同的核B.鈾核裂變時(shí)一般釋放2-3個(gè)中子C.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠進(jìn)行,鈾塊的體積必須大于等于臨界體積D.鈾塊的體積對(duì)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響解析:鈾核受到中子的轟擊,會(huì)引起裂變,裂變的產(chǎn)物多種多樣,具有極大的偶然性,但裂變成兩塊的情況多,也有的分裂成多塊

5、并放出幾個(gè)中子,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;B選項(xiàng)正確;鈾發(fā)生裂變反應(yīng)后釋放2-3個(gè)中子.如果發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊的體積必須大于等于臨界體積,否則中子穿過鈾塊時(shí),可能不與鈾核發(fā)生碰撞,從而反應(yīng)不能繼續(xù)下去,故C選項(xiàng)正確,D選項(xiàng)錯(cuò)誤.答案:BC鞏固練習(xí)1:關(guān)于重核裂變,以下說法正確的是()A.重核裂變的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量B.中子從鈾塊中通過時(shí),一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C.重核裂變釋放出大量能量,產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損,所以核子數(shù)要減小D.重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí),要發(fā)生質(zhì)量虧損,放出核能解析:根據(jù)重核裂變的條件和裂變放能的原理分析可知,裂變時(shí)因鈾核俘獲中子發(fā)生核反應(yīng),

6、是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程,釋放的能量遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收的能量,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的,即鈾塊的體積必須大于其臨界體積,如果體積較小,中子從鈾塊中穿過時(shí),碰不到原子核,則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不能發(fā)生,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤;在裂變中質(zhì)量數(shù)?電荷數(shù)都守恒,故C選項(xiàng)錯(cuò)誤;在裂變反應(yīng)中,有質(zhì)量虧損,釋放核能,故D選項(xiàng)正確.答案:D二?裂變中能量的計(jì)算例2:用中子轟擊鈾核(23592U),其中一個(gè)可能反應(yīng)是分裂成鋇(14156Ba)和氪(9236Kr)兩部分,放出了中子,各個(gè)核的質(zhì)量如下mU=390.3139×10-27kgmn=1.6749×10-27kgmB

7、a=234.0016×10-27kgmKr=152.6047×10-27kg試寫出核反應(yīng)方程,算出反應(yīng)中釋放的核能.解析:(1)核反應(yīng)方程為10n+23592U→14156Ba+9236Kr+310n(2)核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.3578×10-27kg由愛因斯坦質(zhì)能方程,得ΔE=Δmc2=0.3578×10-27×(3.00×108)2J=3.2202×10-11J答案:(1)10n+23592U→14156Ba+9236Kr+310n(2)3.2202×10-11J鞏固練習(xí)2:已知一個(gè)鈾235核裂變時(shí)能釋

8、放200MeV的能量,問1kg鈾完全裂變能釋放多少能量?相當(dāng)于多少噸燃燒值為2.94×107J/kg的煤所放