1、6核裂变,第十九章原子核,学科素养与目标要求,1.知道什么是裂变. 2.知道链式反应及链式反应的条件.,物理观念：,1.会利用质量亏损计算裂变产生的核能. 2.了解核反应的工作原理，知道如何控制核反应的速度.,科学思维：,了解如何防止核污染.,科学态度与责任：,自主预习,01,1.核裂变 重核被 轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出 的过程. 2.铀核裂变 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是 3.链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的 . 4.链式反应的条件 (1)铀块的体积
2、或等于临界体积或铀块的质量 或等于临界质量. (2)有足够数量的 中子.,核裂变,一,核能,中子,链式反应,大于,大于,慢,1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是 ，它主要由以下几部分组成： (1)燃料： . (2)慢化剂： 、 和普通水(也叫轻水). (3)控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收 的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入 一些，让它多吸收一些 ，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做 . 2.工作原理 核燃料 释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等物体在反应堆内外 ，把反应堆内的 传输出去，用于 .,核电站,二,铀棒,反应堆,石墨,重水,中子
3、,深,中子,控制棒,裂变,循环流动,热量,发电,3.核污染的处理 在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器， .,放射性,水泥层,深埋地下,1.判断下列说法的正误. (1)铀核的裂变是一种天然放射现象.() (2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去.() (3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变.() (4)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变.() (5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度.() (6)核反应堆用过的核废料无毒无害.(),即学即用,2.下面是铀核裂变反应中的一个： .已知铀235的质量为
4、235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，锶90的质量为 89.907 7 u，则此核反应中释放的总能量是多少？(1 u相当于931.5 MeV的能量),解析释放的总能量为E(235.043 91.008 7135.907 289.907 7101.008 7) 931.5 MeV140.4 MeV.,答案140.4 MeV,重点探究,02,如图为铀核裂变示意图. (1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程.,核裂变及链式反应,一,导学探究,答案当中子进入铀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
5、成不规则的形状.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，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应.,(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？,答案只有铀块体积大于或等于临界体积才能发生链式反应.,1.常见的裂变方程 2.链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于或等于临界体积. (2)有足够浓度的铀235. (3)有足够数量的慢中子. 3.铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应.,知识深化,例1(2019临川一中质检)1938年德国化学家、物理学家哈恩等发现用中子轰击铀核的产物中含有中等质量的原
6、子核钡和氪，这种现象称为核裂变，其反应方程为 下列说法正确的是 A.核反应方程中X为质子 B.核反应方程中X为电子 C.由核反应方程可得钡核的比结合能比铀核的比结合能大 D.此核反应能自动延续下去，故铀块的体积对于维持核反应是无关紧要的,解析根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程中X为中子 ，A、B错误； 根据原子核的比结合能曲线可知，钡核的比结合能比铀核的比结合能大，C正确； 如果铀块的体积小于临界体积，此核反应不能自动延续下去，所以铀块的体积对于维持核反应是很重要的，D错误.,解析由质量数和电荷数守恒可知，裂变的核反应方程为 ，可见产生了3个中子；链式反应的一个条件是裂变物质的
7、体积必须大于或等于它的临界体积.,3,大于,核电站的主要部件和工作原理,二,如图所示为核反应堆示意图： (1)核反应堆中各部件的作用是什么？,导学探究,答案镉棒：吸收中子，控制反应速度. 慢化剂：通常采用石墨、重水和普通水.作用是降低中子速度，便于铀235吸收. 铀棒：发生链式反应，产生能量. 保护层：是很厚的水泥外壳，屏蔽射线，防止放射性污染.,(2)核电站发电有什么优点？,答案核电站发电的优点 消耗的核燃料少. 作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所能提供的能量大. 对环境的污染要比火力发电小.,1.核电站的主要部件及作用,知识深化,2.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦
8、级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站每年要消耗煤250万吨. (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所能提供的能量大. (3)对环境的污染要比火力发电小.,例2(多选)关于核反应堆，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传输热量,解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故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，故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，故C错误； 冷
9、却剂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，故D正确.,重核裂变中核能的计算,二,重核裂变中核能的计算，与前面介绍的核能的计算方法基本相同. 1.根据爱因斯坦质能方程计算，Emc2. 2.根据原子质量单位计算，1 u相当于931.5 MeV的能量，Em(u)931.5 MeV. 3.根据能量守恒定律计算.,答案200.6 MeV,解析裂变反应的质量亏损为 m(235.043 91.008 7140.913 991.897 331.008 7) u0.215 3 u. 一个铀235原子核裂变后释放的能量为 Emc20.215 3931.5 MeV2
10、00.6 MeV.,(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94107 J/kg),答案5.141026MeV相当于完全燃烧2 797.3 t煤,解析1 kg铀235原子核中含原子核的个数为,1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量 ENNE2.561024200.6 MeV5.141026 MeV. 设完全燃烧的煤的质量为m， 有ENqm，,总结提升,1.计算核电站向外输送的能量需要多少核燃料的思路是： (1)计算一个核反应释放的核能(或已知)E； (2)计算需要输送的能量E； 2.若计算相当于多少煤时，要注意单位的统一
11、，一般用焦耳(J)作为能量的单位.,达标检测,03,1,2,3,4,解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对； 铀块体积对链式反应的发生有影响，B错； 铀核的链式反应可人工控制，C对； 铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错.,1.(核裂变及链式反应)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中的一种裂变反应为 ，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,1,2,3,4,解析根据核反应中的质量数和电荷数守恒可知，a和b的总质量数应为23512234，总质子数应为
12、92，A项中质量数为14093233， B项中质量数是14192233， C项中质量数为14193234，质子数为563894， D项中质量数为14094234，质子数为543892.综上可知，答案为D.,解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子来控制，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； 核电对环境的污染比火电小，D错.,1,2,3,4,mU390.313 91027 kg，mn1.674 91027 kg； mBa234.001 61027 kg，mKr152.604 71027 kg. 试写出核反应方程并求出反应中释放的核能.,则核反应前后的质量亏损为 mmUmnmBamKr3mn3.5781028 kg， 由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为Emc23.5781028(3108)2 J3.220 2 1011 J.,1,2,3,4,
