1、6 核 裂 变,【自主预习】 1.核裂变: (1)定义:重核被中子轰击_为两个或三个质量中等 的原子核并释放_的过程。 (2)铀核的裂变:用_轰击铀核时发生的裂变,其典型 的反应,分裂,核能,中子,(3)链式反应:由重核裂变产生的_使裂变反应一代 接一代继续下去的过程。 (4)链式反应的条件:裂变反应的物质必须_发 生链式反应的最小体积即_体积,或大于等于相应 的质量即_质量。 (5)能量的释放:核裂变释放的能量巨大,1 kg铀235全 部裂变时释放的能量相当于_t标准煤完全燃烧时 释放的化学能。,中子,大于等于,临界,临界,2 800,2.核电站: (1)核电站:利用核能发电,它的核心设施是
2、_,它 主要由以下几部分组成: 燃料:_。 慢化剂:铀235容易捕获慢中子发生反应,采用_、 _或_作慢化剂。,反应堆,铀棒,石墨,重水,普通水,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 _的特性,就可以容易地控制链式反应的速度。 (2)工作原理:核燃料裂变释放能量,使反应区温度升高。,吸收中子,(3)能量输出:利用水或液态的金属钠等流体在反应堆 内外_,把反应堆内的热量传输出去,用于发电。 (4)核污染的处理:为避免_对人体的伤害和_ _对水源、空气和工作场所造成的放射性污染,在 反应堆的外面需要修建很厚的_,用来屏蔽裂变反 应放出的各
3、种射线,核废料具有很强的_,需要装 入特制的容器中,_。,循环流动,核射线,放射,性物质,水泥层,放射性,深埋地下,【预习小测】 1.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.中子进入铀块中时,一定发生链式反应 C.重核裂变释放出大量能量,发生明显的质量亏损,所以核子数量减小,D.由于重核的核子平均质量大于中等质量的核的核子平均质量,所以重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能,【解析】选D。根据重核发生裂变的条件和裂变释放能 量的原理分析可知,裂变时因铀核俘获中子发生核反应, 是核能转化为其他形式能的过程,而并非中子的能量, 故A
4、错误;链式反应是有条件的,即铀块的体积必须大于 等于其临界体积,如果体积小,中子没有碰到铀核而跑 到外界,链式反应就不会发生,故B错误;在裂变反应中 质量数守恒,核子数是不会减少的,因此C错误;重核裂,变为中等质量的原子核时,由于平均质量减小,发生质量亏损,从而释放出核能,故D正确。,2.一个 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂 变反应,其裂变方程式为 则下列 叙述正确的是 ( ) A.X原子核中含有86个中子 B.X原子核中含有141个核子 C.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质 量数增加,D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少,【解析】选A。X原
5、子核中的核子数为(235+1)-(94+ 2)=140个,B错误;中子数为140-(92-38)=86个,A正确;裂变时释放能量,出现质量亏损,但是其总质量数是不变的,C、D错。,3.为使链式反应平稳进行,可采用下列办法中的 ( ) A.铀块可制成任何体积 B.铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核 C.通过慢化剂使产生的中子减速 D.用镉棒作为控制棒,控制反应的剧烈程度,使反应平稳进行,【解析】选D。铀块小于临界体积将不会发生裂变反应,A错;如果不加以控制,铀核裂变释放的中子直接去轰击另外的铀核,使中子数倍增,引发链式反应,将会使裂变速度瞬间加快,B错;镉棒吸收中子,控制反应剧烈程度,使反
6、应平稳进行,D正确;通过慢化剂使中子减速,目的是使中子更容易被铀核俘获,发生链式反应,C错。,主题一 核裂变 【互动探究】 1.链式反应是怎样发生的?铀235裂变需要满足什么样的条件?,提示:铀235在中子的轰击下裂变并释放出巨大能量,同时平均每次放出23个中子,如果这些中子继续轰击铀核,使之裂变,就会产生更多的中子,这样不断继续下去,中子不断增加,裂变反应不断加强,就形成了链式反应。铀235裂变需要满足(1)要有足够浓度的铀235;(2)要有足够数量的慢中子;(3)铀块的体积要大于临界体积。,2.原子弹应用的是什么核反应,它是根据什么原理制成的,它是如何实现链式反应的? 提示:原子弹是根据重
7、核的裂变原理制成的,是铀核裂变的链式反应,制成时是由两块或几块小于临界体积分离的铀块构成,引爆时,可通过普通炸药使原来分离的几块铀块相互靠近挤压形成一块大于临界体积的铀块而发生链式反应,从而瞬间释放巨大的能量即核爆炸。,3.是不是所有的核裂变都能放出核能? 提示:不是。只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能。,4.核裂变时为什么会有能量释放?如何计算核裂变时释放的能量? 提示:因为重核的比结合能比中等质量核的比结合能小,所以重核分裂成中等质量的原子核时能释放出较大的能量;核能的释放可以根据核裂变前后的质量亏损,由质能方程求出。,【探究总结】 1.铀核的裂变: (1)核子受激发:当中子进入铀2
8、35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式。,(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23个中子,这些中子又引起其他铀核裂变,这样,裂变就会不断进行下去,释放出越来越多的核能。 (3)核能的释放:由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量,因此,铀核裂变为中等质量的原子核时,会发生质量亏损,释放核能。,2.发生链式反应的三大条件: (1)要有足够浓度的铀235(浓缩铀)因为铀235可以俘获各种能量的中子。 (2)要有足够数量的慢中子因为铀235俘获慢中子的概率大。 (3)要有
9、足够大的铀块,即铀块的体积不小于临界体积不会使中子还未碰到铀核就逸出铀块。,【典例示范】 关于重核裂变的说法正确的是 ( ) A.重核裂变为两个中等质量的核时,重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多 B.只要用中子轰击铀块,就一定能发生链式反应 C.为了使裂变的链式反应容易发生,不能利用裂变时产生的中子 D.裂变过程中释放能量,质量亏损,【解题指南】解答本题时应注意以下三点: (1)原子核裂变时释放能量。 (2)连锁反应的条件。 (3)核反应遵循的规律。,【解析】选D。重核裂变为两个中等质量的核时,会产生两到三个中子,因而分裂后的中子数减小,A错;链式反应的发生是有条件的,铀块的体积
10、必须大于其发生链式反应的临界体积,链式反应一旦发生,中子轰击铀核裂变产生的中子再次引起其他铀核的裂变,且能不断继续下去,B、C错;重核裂变时质量发生亏损,总能量减小,减小的能量对外释放,D对。,【探究训练】 1.铀核裂变时,对于产生链式反应的重要因素,下列说法中正确的是 ( ) A.铀块的质量是重要因素,与体积无关 B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生,最好直接利用裂变时产生的快中子,C.若铀235的体积超过它的临界体积,裂变的链式反应就能够发生 D.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关,【解析】选C。要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积或临界质量,故A、D错,C对。铀235
11、俘获慢中子发生裂变的概率大,快中子使铀235发生裂变的几率小,故B错。,2.(2018宜春高二检测)原子核反应有广泛的应用,如用于核电站等,在下列核反应中,属于核裂变反应的是 ( ),【解析】选D。由链式反应特点知:反应过程中由一个中子引发裂变,放出23个中子促成链式反应,故D正确。,【补偿训练】吸收一个慢中子后,分裂成 和 ,还放出( ) A.1个粒子 B.3个中子 C.10个中子 D.10个质子,【解析】选C。设放出的粒子的质量数为x,电荷数为y, 核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可 知 由此判定该核反应放出 的一定是中子,且个数是10,C选项正确。,主题二 核电站 【互动探究
12、】 1.结合下表分析核电站中反应堆的主要构造及作用。,提供核燃料,石墨、重水或普通水,使裂变产生,的快中子减,速变为慢中子,镉,吸收减速后的中子,控制反应速度,石墨,阻止中子逃逸,水,产生高温高压蒸汽,推动汽轮发电机发电,金属套和钢筋混,凝土,防止射线对人体及,其他生物体的侵害,2.为什么要用慢化剂将裂变产生的快中子变为慢中子? 用什么作慢化剂? 提示:中子的速度不能太快,否则会与铀235原子核擦肩 而过,不能被铀核捉住也就不能发生裂变反应。实验证 明只有速度与热运动速度相当的中子最适于引发裂变, 所以要设法使裂变产生的速度很大的快中子减速,为此 要在铀棒周围放“慢化剂”,使快中子跟慢化剂中的
13、原,子核碰撞,使快中子的能量减小,变为慢中子即热中子;常用的慢化剂有石墨、重水和普通水。,3.原子弹也是链式反应的核裂变,它在瞬间释放巨大的 能量,如何使核裂变的速度慢下来?用什么控制裂变的 速度? 提示:调节中子的数量就可以调节裂变的原子核的数量, 就可达到控制核裂变的反应速度的目的。镉吸收中子 的能力很强,在铀棒之间插进一些镉棒,当裂变反应过 于激烈时,将镉棒插入得深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些;链式反应过缓时可以把镉棒向外抽出一些,使它少吸收一些中子,链式反应的速度就会加快一点,从而使得链式反应得到控制。,4.如何实现裂变释放的核能转变为电能?核反应有很强 的放射性
14、,如何防止核泄漏和核辐射? 提示:反应堆内释放的热量通过水或液态的金属钠等流 体在反应堆内外循环流动传到热交换器,再通过热交换 器传到第二回路的水使水吸热变为蒸汽,通过蒸汽推动 汽轮机带动发电机发电;反应堆是建在很坚固的金属壳 之内的。第一回路循环和第二回路的热交换器,全部用 很厚的水泥防护层罩住,从而可以严防核辐射的泄漏。,【探究总结】 1.核能转化为电能:第一回路把核反应产生的内能通过热交换器传到第二回路变为水的内能,第二回路的水的内能推动蒸汽轮机带动发电机变为电能。 2.核辐射的防护： (1)反应堆的金属壳和水泥防护层。 (2)核废料装入特制的容器深埋地下。,【典例示范】 秦山核电站第三
15、期工程的两个6105kW发电机组已实 现并网发电,发电站的核能来源于 的裂变,下列说 法正确的是 ( ) A.反应堆中核反应速度通常是采用调节 的体积来 控制的 B. 的一种可能的裂变是,C. 是天然放射性元素,升高温度后它的半衰期会缩短 D.虽然核电站能提供很大的能量,但它对环境的污染比火电站严重,【解析】选B。反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制,A错, 裂变有多种可能性,这是其中常见的一种,B对;放射性元素的半衰期由原子核本身决定,与温度压强等外界条件无关,C错;核电站的核能是清洁能源,污染少,D错。,【探究训练】 1.镉棒在核反应堆中的作用是 ( ) A.使快中子变慢
16、中子 B.使慢中子变快中子 C.使反应速度加快 D.控制反应速度,调节反应速度的快慢,【解析】选D。在核反应堆中石墨起变快中子为慢中子的作用,镉棒起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用。,2.(多选)关于原子核反应堆,下列说法正确的是( ) A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能 B.镉棒的作用是控制反应堆的功率 C.石墨的作用是吸收中子 D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能,【解析】选A、B、D。铀棒是核燃料,裂变时可放出能量,A正确。镉棒吸收中子的能力很强,作用是调节中子数目以控制反应速度,即控制反应堆功率,B正确。慢中子最容易引发核裂变,所以在快中子碰到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,C错误。水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也使反应堆冷却,控制温度,D正确。,【课堂小结】,
