高中物理 第19章 第6节 重核的裂变课件 新人教版选修3-5.ppt

第十九章原子核 第6节重核的裂变 栏目链接 学习目标 1 知道核裂变的概念及其研究的进展 2 知道链式反应的发生条件 了解裂变反应堆的工作原理 3 了解常用裂变反应堆的美型 知道核电站的工作模式 1 定义 重核分裂成质量较小的核 释放出核能的反应 称为原子核的裂变 2 链式反应 当一个中子引起一个铀核裂变后 裂变中放出的中子再引起其他铀核的裂变 且能不断继续下去 这种反应叫作核裂变的链式反应 注 铀核裂变的产物多种多样 其中较典型的产物是钡和氪 其核反应方程是 栏目链接 3 临界体积 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 4 铀核的裂变和链式反应 1 发现 1938年12月 德国物理学家哈恩与斯特拉曼利用中子轰击铀核时 发现了铀核的裂变 向核能的开发和利用迈进了第一步 2 对铀235裂变的解释 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 栏目链接 核子分裂 核子间的距离增大 因而核力迅速减弱 使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状 这样就分裂成几块 同时放出2 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 这就叫链式反应 如下图所示 重核裂变有质量亏损 所以放出能量 注 铀235裂变需要一定的条件 要有足够浓度的铀235 要有足够数量的慢中子 铀块的体积要大于临界体积 尝试应用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原子核B 铀核裂变的同时将释放2 3个中子C 为了使裂变的链式反应更容易进行 最好用铀235D 铀块的体积对产生链式反应无影响 解析 铀核受到中子的轰击 会引起裂变 裂变的产物是多种多样的 具有极大的偶然性 但裂变成两块的情况较多 也有的分裂成多块 放出几个中子 铀235受中子轰击时 裂变的概率大 且可以俘获各种能量的中子而引起裂变 而铀238只有俘获能量在1MeV以上高能量中子才引起裂变 且裂变的概率较小 要引起链式反应必须使铀块的体积大于临界体积 选项B C正确 栏目链接 1 核电站的核心设施是核反应堆 核反应堆主要由以下几部分组成 1 燃料 浓缩铀235 2 减速剂 铀235容易捕获慢中子发生反应 采用石墨 重水或普通水做减速剂 3 控制棒 为了控制能量释放的速度 就要想办法减少中子的数目 采用在反应堆中插入镉棒的方法 利用镉吸收中子能力很强的特性 就可以容易地控制链式反应的速度 2 核电站的工作原理 在核电站中 核反应堆是热源 如图为简化的核反应堆的示意图 铀棒是燃料 由天然铀或浓缩铀 铀235的含量占2 4 制成 石墨 或重水 为减速剂 使反应生成的快速中子变为慢中子 便于铀235吸收 发生裂变 减速剂附在铀棒周围 镉棒的作用是吸收中子 控制反应速度 所以也叫控制棒 控制棒插入深些 吸收中子多 反应速度变慢 插浅一些 吸收中子少 反应速度加快 采用电子仪器自动地调节控制棒的升降 就能使反应堆安全正常地工作 核反应释放的能量大部分转化为内能 这时通过水或液态钠做冷却剂 在反应堆内外循环流动 把内能传输出去 用于推动蒸汽机 使发电机发电 发生裂变反应时 会产生一些有危险的放射性物质 很厚的混凝土防护层可以防止辐射线射到外面 尝试应用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 则a b可能是 D 解析 由核反应遵循的质量数守恒可知a b的质量数之和为234 由核反应遵循的电荷守恒可知a b的电荷数为92 所以a b可能是 选项D正确 多选 轴核裂变是核电站核能的重要来源 其中一种裂变反应是 下列说法正确的有 A 上述裂变反应中伴随着中子放出B 铀块体积对链式反应的发生无影响C 铀核的链式反应可人工控制D 铀核的半衰期会受到环境温度的影响 审题指导 1 铀核裂变生成了3个中子 铀块体积需达到临界体积才能发生链式反应 铀核的链式反应可以通过控制棒进行人工控制 2 铀核的半衰期与物理 化学变化无关 解析 从铀核裂变反应的生成物可以看出 反应中伴随着中子放出 A正确 铀块的体积必须大于临界体积才能发生链式反应 B错误 通过控制中子数可以控制链式反应 C正确 铀核的衰变半衰期由铀核的内部结构决定 而与铀核所处的物理 如温度 压力等 化学状态无关 D错误 答案 AC 变式训练1 下列说法正确的是 A A 核反应堆是人工控制链式反应的装置B 式中d 3C 衰变中产生的 射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的D 4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后一定还剩下2个没有发生衰变 解析 根据电荷数守恒 质量数守恒确定d的个数 衰变的电子是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子 电子释放出来 半衰期具有统计规律 对大量的原子核适用 核反应堆是人工控制链式反应的装置 故A正确 根据电荷数守恒 质量数守恒 知d 1 2 解得d 2 故B错误 衰变的电子是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子 电子释放出来 不是来自核外电子 故C错误 半衰期具有统计规律 对大量的原子核适用 故D错误 3月11日 日本发生强烈地震 其灾情引起了国际社会的广泛关注 包括我国在内的很多国家对日本都伸出了援助之手 地震导致了福岛核电站内的核反应堆受损严重 给人类造成了危害 下面与核能相关问题的说法中正确的是 A 核电站内释放的核能来自于重核的裂变B 人只有直接接触核原料才会对人体产生危害 C 核电站内释放核能的核反应方程是D 根据E mc2可知 如果1kg铀全部发生核裂变反应 将释放的能量 审题指导 1 核能是人类现阶段利用的新能源之一 了解目前核电站的运作方式 2 正确书写核裂变方程式和利用质能方程解决问题 解析 核电站是利用原子核裂变发生链式反应时释放的大量能量来发电的 是可控制的 故A正确 只要受到核辐射 就可以产生危害 不一定非得接触核材料 故B错误 核反应方程要满足质量数和电荷数守恒 该方程中质量数不守恒 故C错误 1kg铀全部发生核裂变反应时 并非全部发生质量亏损 因此放出的热量小于9 J的能量 故D错误 答案 A点评 本题考查核能的利用方式 即核电站的工作原理 以及爱因斯坦质能方程的应用 栏目链接 变式训练2 中国承诺到2020年碳排放量下降40 45 为了实现负责任大国的承诺 我国将新建核电站项目 目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是 A 解析 现在的核电站用的是裂变反应 从选项中找出裂变反应即可 现在的核电站用的是裂变反应获取能量 A是裂变反应 A正确 B是聚变反应 C是发现质子的反应 D是 衰变 某原子核反应堆由铀棒 镉棒 慢化剂 冷却剂和水泥防护层等组成 关于它们的作用 下列说法中不正确的是 A 铀棒是核反应堆的燃料B 镉棒是吸收中子的材料C 慢化剂 如石墨 重水等 起减慢核反应的作用D 冷却剂把反应堆的热量传递出去 同时使反应堆冷却 审题指导 1 因为链式反应产生的中子速度较快 为了不与铀核 擦肩而过 需对中子减速 可以使中子减速的有水 石墨等 这就是慢化剂的作用 2 控制棒是用含有金属铪 铟 银 镉等材料做成的 要想让核燃料的 火势 减弱或加强 可通过调整控制棒在核反应堆里的高度来实现 插入得越深 吃 掉的中子越多 拔出的越高 产生的中子越多 要想关闭核反应堆 只需把足够量的控制棒插入到核反应堆里即可 解析 原子核反应堆中铀棒是核反应堆的燃料 故A正确 镉棒能吸收中子 控制速率 故B正确 慢化剂将裂变产生的快中子减慢成热中子 提高裂变反应的几率的作用 不是减速来减慢核反应的 故C错误 冷却剂把反应堆核反应产生的热量传递出去 同时使反应堆冷却 故D正确 答案 C 栏目链接 变式训练3 核反应堆不锈钢外壳内除核燃料棒和控制棒以外还通入水 这些水除了起冷却作用外还起了 A A 使中子减速的作用B 使中子加速的作用C 吸收放射性物质的作用D 吸收反应发出的射线的作用解析 核反应堆不锈钢外壳内除核燃料棒和控制棒以外还通入水 这些水除了起冷却作用外还起了使中子减速的作用 故A正确 B C D错误