高中物理 第19章 第6節(jié) 重核的裂變課件 新人教版選修3-5.ppt

第十九章原子核 第6節(jié)重核的裂變 欄目鏈接 學習目標 1 知道核裂變的概念及其研究的進展 2 知道鏈式反應的發(fā)生條件 了解裂變反應堆的工作原理 3 了解常用裂變反應堆的美型 知道核電站的工作模式 1 定義 重核分裂成質(zhì)量較小的核 釋放出核能的反應 稱為原子核的裂變 2 鏈式反應 當一個中子引起一個鈾核裂變后 裂變中放出的中子再引起其他鈾核的裂變 且能不斷繼續(xù)下去 這種反應叫作核裂變的鏈式反應 注 鈾核裂變的產(chǎn)物多種多樣 其中較典型的產(chǎn)物是鋇和氪 其核反應方程是 欄目鏈接 3 臨界體積 裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫作它的臨界體積 4 鈾核的裂變和鏈式反應 1 發(fā)現(xiàn) 1938年12月 德國物理學家哈恩與斯特拉曼利用中子轟擊鈾核時 發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變 向核能的開發(fā)和利用邁進了第一步 2 對鈾235裂變的解釋 核子受激發(fā) 當中子進入鈾235后 便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復核 復核中由于核子的激烈運動 使核變成不規(guī)則的形狀 欄目鏈接 核子分裂 核子間的距離增大 因而核力迅速減弱 使得核由于質(zhì)子間的斥力作用而不能恢復原狀 這樣就分裂成幾塊 同時放出2 3個中子 這些中子又引起其他鈾核裂變 這樣 裂變就會不斷地進行下去 釋放出越來越多的核能 這就叫鏈式反應 如下圖所示 重核裂變有質(zhì)量虧損 所以放出能量 注 鈾235裂變需要一定的條件 要有足夠濃度的鈾235 要有足夠數(shù)量的慢中子 鈾塊的體積要大于臨界體積 嘗試應用1 多選 關于鈾核裂變 下述說法正確的是 BC A 鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的 但只能裂變成兩種不同的原子核B 鈾核裂變的同時將釋放2 3個中子C 為了使裂變的鏈式反應更容易進行 最好用鈾235D 鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈式反應無影響 解析 鈾核受到中子的轟擊 會引起裂變 裂變的產(chǎn)物是多種多樣的 具有極大的偶然性 但裂變成兩塊的情況較多 也有的分裂成多塊 放出幾個中子 鈾235受中子轟擊時 裂變的概率大 且可以俘獲各種能量的中子而引起裂變 而鈾238只有俘獲能量在1MeV以上高能量中子才引起裂變 且裂變的概率較小 要引起鏈式反應必須使鈾塊的體積大于臨界體積 選項B C正確 欄目鏈接 1 核電站的核心設施是核反應堆 核反應堆主要由以下幾部分組成 1 燃料 濃縮鈾235 2 減速劑 鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應 采用石墨 重水或普通水做減速劑 3 控制棒 為了控制能量釋放的速度 就要想辦法減少中子的數(shù)目 采用在反應堆中插入鎘棒的方法 利用鎘吸收中子能力很強的特性 就可以容易地控制鏈式反應的速度 2 核電站的工作原理 在核電站中 核反應堆是熱源 如圖為簡化的核反應堆的示意圖 鈾棒是燃料 由天然鈾或濃縮鈾 鈾235的含量占2 4 制成 石墨 或重水 為減速劑 使反應生成的快速中子變?yōu)槁凶?便于鈾235吸收 發(fā)生裂變 減速劑附在鈾棒周圍 鎘棒的作用是吸收中子 控制反應速度 所以也叫控制棒 控制棒插入深些 吸收中子多 反應速度變慢 插淺一些 吸收中子少 反應速度加快 采用電子儀器自動地調(diào)節(jié)控制棒的升降 就能使反應堆安全正常地工作 核反應釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 這時通過水或液態(tài)鈉做冷卻劑 在反應堆內(nèi)外循環(huán)流動 把內(nèi)能傳輸出去 用于推動蒸汽機 使發(fā)電機發(fā)電 發(fā)生裂變反應時 會產(chǎn)生一些有危險的放射性物質(zhì) 很厚的混凝土防護層可以防止輻射線射到外面 嘗試應用2 鈾是常用的一種核燃料 若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應 則a b可能是 D 解析 由核反應遵循的質(zhì)量數(shù)守恒可知a b的質(zhì)量數(shù)之和為234 由核反應遵循的電荷守恒可知a b的電荷數(shù)為92 所以a b可能是 選項D正確 多選 軸核裂變是核電站核能的重要來源 其中一種裂變反應是 下列說法正確的有 A 上述裂變反應中伴隨著中子放出B 鈾塊體積對鏈式反應的發(fā)生無影響C 鈾核的鏈式反應可人工控制D 鈾核的半衰期會受到環(huán)境溫度的影響 審題指導 1 鈾核裂變生成了3個中子 鈾塊體積需達到臨界體積才能發(fā)生鏈式反應 鈾核的鏈式反應可以通過控制棒進行人工控制 2 鈾核的半衰期與物理 化學變化無關 解析 從鈾核裂變反應的生成物可以看出 反應中伴隨著中子放出 A正確 鈾塊的體積必須大于臨界體積才能發(fā)生鏈式反應 B錯誤 通過控制中子數(shù)可以控制鏈式反應 C正確 鈾核的衰變半衰期由鈾核的內(nèi)部結構決定 而與鈾核所處的物理 如溫度 壓力等 化學狀態(tài)無關 D錯誤 答案 AC 變式訓練1 下列說法正確的是 A A 核反應堆是人工控制鏈式反應的裝置B 式中d 3C 衰變中產(chǎn)生的 射線是原子核外電子掙脫原子核束縛后形成的D 4個放射性元素的原子核經(jīng)過一個半衰期后一定還剩下2個沒有發(fā)生衰變 解析 根據(jù)電荷數(shù)守恒 質(zhì)量數(shù)守恒確定d的個數(shù) 衰變的電子是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子 電子釋放出來 半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律 對大量的原子核適用 核反應堆是人工控制鏈式反應的裝置 故A正確 根據(jù)電荷數(shù)守恒 質(zhì)量數(shù)守恒 知d 1 2 解得d 2 故B錯誤 衰變的電子是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子 電子釋放出來 不是來自核外電子 故C錯誤 半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律 對大量的原子核適用 故D錯誤 3月11日 日本發(fā)生強烈地震 其災情引起了國際社會的廣泛關注 包括我國在內(nèi)的很多國家對日本都伸出了援助之手 地震導致了福島核電站內(nèi)的核反應堆受損嚴重 給人類造成了危害 下面與核能相關問題的說法中正確的是 A 核電站內(nèi)釋放的核能來自于重核的裂變B 人只有直接接觸核原料才會對人體產(chǎn)生危害 C 核電站內(nèi)釋放核能的核反應方程是D 根據(jù)E mc2可知 如果1kg鈾全部發(fā)生核裂變反應 將釋放的能量 審題指導 1 核能是人類現(xiàn)階段利用的新能源之一 了解目前核電站的運作方式 2 正確書寫核裂變方程式和利用質(zhì)能方程解決問題 解析 核電站是利用原子核裂變發(fā)生鏈式反應時釋放的大量能量來發(fā)電的 是可控制的 故A正確 只要受到核輻射 就可以產(chǎn)生危害 不一定非得接觸核材料 故B錯誤 核反應方程要滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒 該方程中質(zhì)量數(shù)不守恒 故C錯誤 1kg鈾全部發(fā)生核裂變反應時 并非全部發(fā)生質(zhì)量虧損 因此放出的熱量小于9 J的能量 故D錯誤 答案 A點評 本題考查核能的利用方式 即核電站的工作原理 以及愛因斯坦質(zhì)能方程的應用 欄目鏈接 變式訓練2 中國承諾到2020年碳排放量下降40 45 為了實現(xiàn)負責任大國的承諾 我國將新建核電站項目 目前關于核電站獲取核能的基本核反應方程可能是 A 解析 現(xiàn)在的核電站用的是裂變反應 從選項中找出裂變反應即可 現(xiàn)在的核電站用的是裂變反應獲取能量 A是裂變反應 A正確 B是聚變反應 C是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的反應 D是 衰變 某原子核反應堆由鈾棒 鎘棒 慢化劑 冷卻劑和水泥防護層等組成 關于它們的作用 下列說法中不正確的是 A 鈾棒是核反應堆的燃料B 鎘棒是吸收中子的材料C 慢化劑 如石墨 重水等 起減慢核反應的作用D 冷卻劑把反應堆的熱量傳遞出去 同時使反應堆冷卻 審題指導 1 因為鏈式反應產(chǎn)生的中子速度較快 為了不與鈾核 擦肩而過 需對中子減速 可以使中子減速的有水 石墨等 這就是慢化劑的作用 2 控制棒是用含有金屬鉿 銦 銀 鎘等材料做成的 要想讓核燃料的 火勢 減弱或加強 可通過調(diào)整控制棒在核反應堆里的高度來實現(xiàn) 插入得越深 吃 掉的中子越多 拔出的越高 產(chǎn)生的中子越多 要想關閉核反應堆 只需把足夠量的控制棒插入到核反應堆里即可 解析 原子核反應堆中鈾棒是核反應堆的燃料 故A正確 鎘棒能吸收中子 控制速率 故B正確 慢化劑將裂變產(chǎn)生的快中子減慢成熱中子 提高裂變反應的幾率的作用 不是減速來減慢核反應的 故C錯誤 冷卻劑把反應堆核反應產(chǎn)生的熱量傳遞出去 同時使反應堆冷卻 故D正確 答案 C 欄目鏈接 變式訓練3 核反應堆不銹鋼外殼內(nèi)除核燃料棒和控制棒以外還通入水 這些水除了起冷卻作用外還起了 A A 使中子減速的作用B 使中子加速的作用C 吸收放射性物質(zhì)的作用D 吸收反應發(fā)出的射線的作用解析 核反應堆不銹鋼外殼內(nèi)除核燃料棒和控制棒以外還通入水 這些水除了起冷卻作用外還起了使中子減速的作用 故A正確 B C D錯誤