高中物理 重核的裂变精选文档.ppt

高中物理课件 重核的裂变本讲稿第一页，共三十一页本讲稿第二页，共三十一页本讲稿第三页，共三十一页1知道重核的裂变反应和链式反应的知道重核的裂变反应和链式反应的 发生条件。发生条件。2知道重核裂变能放出能量，并能计知道重核裂变能放出能量，并能计 算核能的变化。算核能的变化。3了解铀核的裂变特点及核电站的工了解铀核的裂变特点及核电站的工 作原理。作原理。本讲稿第四页，共三十一页 1重核的裂变重核的裂变 (1)发现：发现：1938年底，德国物理学家年底，德国物理学家 和他的助手斯特拉斯和他的助手斯特拉斯曼，在用中子轰击铀核的实验中发现了曼，在用中子轰击铀核的实验中发现了 的裂变。的裂变。(2)定义：重核被中子轰击后分裂成两个定义：重核被中子轰击后分裂成两个 的新原的新原子核，并放出子核，并放出 的过程。的过程。(3)铀核裂变：用铀核裂变：用 轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是轰击铀核时，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多种多样的，其中一种典型的反应是 哈恩哈恩铀核铀核质量差不多质量差不多核能核能中子中子本讲稿第五页，共三十一页中子中子临界体临界体积积临界质量临界质量中子中子本讲稿第六页，共三十一页 2核电站核电站 (1)组成组成 核电站是利用核能发电，它的核心设施是核电站是利用核能发电，它的核心设施是 ，它主要由以下，它主要由以下几部分组成：几部分组成：燃料：燃料：。慢化剂：铀慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用容易捕获慢中子发生反应，采用 、重水或普通、重水或普通水作慢化剂。水作慢化剂。控制棒：由控制棒：由 能力很强的镉制成，用以控制链式反应的速能力很强的镉制成，用以控制链式反应的速度。度。反应堆反应堆铀棒铀棒石墨石墨吸收中子吸收中子本讲稿第七页，共三十一页 (2)工作原理：核燃料工作原理：核燃料 释放能量，使反应区温度升高。释放能量，使反应区温度升高。(3)能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 ，使反应堆内的热量传输出去，用于发电。，使反应堆内的热量传输出去，用于发电。(4)核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和 对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆外面要修建很厚的对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆外面要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的 ，需，需要放入特制容器，深埋地下。要放入特制容器，深埋地下。关键一点关键一点核电站和原子弹的基本原理都是利用了核裂变，但核电站核电站和原子弹的基本原理都是利用了核裂变，但核电站中的核反应是人工控制下的链式反应，而原子弹的爆炸没有也不需要人工控中的核反应是人工控制下的链式反应，而原子弹的爆炸没有也不需要人工控制。制。裂变裂变循环流动循环流动放射性物放射性物质质水泥层水泥层放射性放射性本讲稿第八页，共三十一页答案：答案：B本讲稿第九页，共三十一页2下列关于重核裂变的说法中，正确的是下列关于重核裂变的说法中，正确的是 ()A重核裂变反应是一个吸能反应重核裂变反应是一个吸能反应B重核裂变反应是一个放能反应重核裂变反应是一个放能反应C重核裂变反应的过程质量亏损重核裂变反应的过程质量亏损D重核裂变反应的过程质量增加重核裂变反应的过程质量增加解析：解析：重核裂变会发生质量亏损，释放核能，故选重核裂变会发生质量亏损，释放核能，故选B、C。答案：答案：BC本讲稿第十页，共三十一页3目前核电站利用的核反应是目前核电站利用的核反应是 ()A裂变，核燃料为铀裂变，核燃料为铀B聚变，核燃料为铀聚变，核燃料为铀C裂变，核燃料为氘裂变，核燃料为氘 D聚变，核燃料为氘聚变，核燃料为氘解析：解析：核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆。反应核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆。反应堆中的核反应主要是铀堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后发生的裂变，反应堆利吸收慢中子后发生的裂变，反应堆利用浓缩铀制成铀棒，作为核燃料，选项用浓缩铀制成铀棒，作为核燃料，选项A正确。正确。答案：答案：A本讲稿第十一页，共三十一页4在核反应堆外修建很厚的水泥层是为了防止在核反应堆外修建很厚的水泥层是为了防止()A核爆炸核爆炸 B放射线外泄放射线外泄C核燃料外泄核燃料外泄 D慢中子外泄慢中子外泄解析：解析：核反应堆的核燃料一般是铀核反应堆的核燃料一般是铀235，它具有很强的，它具有很强的放射性，其衰变时放出的射线能对人体造成极大的伤放射性，其衰变时放出的射线能对人体造成极大的伤害，在其外修建很厚的水泥层就是为了防止放射线外害，在其外修建很厚的水泥层就是为了防止放射线外泄，则泄，则B正确。正确。答案：答案：B本讲稿第十二页，共三十一页答案：答案：见解析见解析本讲稿第十三页，共三十一页本讲稿第十四页，共三十一页 1铀核的裂变铀核的裂变 (1)核子受激发：当中子进入铀核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态后，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。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。(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使核子分裂：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，裂变就会不断地个中子，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。进行下去，释放出越来越多的核能。本讲稿第十五页，共三十一页 (3)能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一般说来，平均每个核子放出的能量约为所以放出能量。一般说来，平均每个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀铀235全部裂变放出的能量相当于全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤燃烧标准煤燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温。时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温。本讲稿第十六页，共三十一页 2链式反应的条件链式反应的条件 (1)要有足够浓度的铀。要有足够浓度的铀。(2)要有足够数量的慢中子。要有足够数量的慢中子。(3)铀块的体积要大于等于临界体积或铀块的质量大于等于临界铀块的体积要大于等于临界体积或铀块的质量大于等于临界质量。原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够质量。原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，就有可能碰不到铀核，只有当铀块达到大，中子在铀块中通过时，就有可能碰不到铀核，只有当铀块达到一定大小时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链一定大小时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应进行下去，这就是临界体积的含义。式反应进行下去，这就是临界体积的含义。本讲稿第十七页，共三十一页本讲稿第十八页，共三十一页 1关于重核的裂变，以下说法正确的是关于重核的裂变，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核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B中子从铀块中通过时，一定发生链式反应中子从铀块中通过时，一定发生链式反应 C重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不会减少子数不会减少 D重核裂变时比结合能减小，要发生质量亏损，释放核能重核裂变时比结合能减小，要发生质量亏损，释放核能 思路点拨思路点拨根据重核裂变的条件和裂变释放核能的原因进根据重核裂变的条件和裂变释放核能的原因进行分析解答。行分析解答。本讲稿第十九页，共三十一页 解析解析核裂变时发生质量亏损，核能转化为其他形式的能，释核裂变时发生质量亏损，核能转化为其他形式的能，释放的核能远远大于中子的动能，放的核能远远大于中子的动能，A错；要发生链式反应，铀块的体错；要发生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，积必须大于临界体积，B错；任何的核反应中核子数都不变，错；任何的核反应中核子数都不变，C对。重核的比结合能较小，中等质量的核比结合能最大，裂变时重核分对。重核的比结合能较小，中等质量的核比结合能最大，裂变时重核分裂为中等质量的核，比结合能变大，产生质量亏损，释放核能，裂为中等质量的核，比结合能变大，产生质量亏损，释放核能，D错。错。答案答案C本讲稿第二十页，共三十一页 重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小。所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要合能要小。所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。量。本讲稿第二十一页，共三十一页 1核武器核武器 原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短的时间内释放出来。原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短的时间内释放出来。2核电站核电站 (1)核电站是利用缓慢释放的核能来发电，其核心是核反应堆核电站是利用缓慢释放的核能来发电，其核心是核反应堆，其简化示，其简化示意图如图意图如图1961所示：所示：本讲稿第二十二页，共三十一页其结构及其作用如下表所示：其结构及其作用如下表所示：组成部分组成部分材料材料作用作用裂变材料裂变材料(核燃料核燃料)浓缩铀浓缩铀(U)提供核燃料提供核燃料慢化剂慢化剂(减速剂减速剂)石墨、重水石墨、重水或普通水或普通水使裂变产生的快中子减速使裂变产生的快中子减速控制棒控制棒镉镉吸收减速后的中子，控制反吸收减速后的中子，控制反应速度应速度反射层反射层石墨石墨阻止中子逃逸阻止中子逃逸热交换器热交换器水水产生高温蒸汽，推动汽轮发产生高温蒸汽，推动汽轮发电机发电电机发电防护层防护层金属套和钢金属套和钢筋混凝土筋混凝土防止射线对人体及其他生物防止射线对人体及其他生物体的侵害体的侵害本讲稿第二十三页，共三十一页 (2)核电站发电的优点：核电站发电的优点：消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左左右，而同样功率的火电站每年要消耗右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤。万吨优质煤。作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。对环境的污染要比火力发电小。对环境的污染要比火力发电小。名师点睛名师点睛 (1)铀核的裂变是人为的核反应，自然界中不会自发地产生。铀核的裂变是人为的核反应，自然界中不会自发地产生。(2)链式反应的速度很快，如不加以控制，能量在瞬间急剧释放链式反应的速度很快，如不加以控制，能量在瞬间急剧释放(如如原子弹原子弹)。核电站、核潜艇都是采用一定方法加以控制的可控核反应堆。核电站、核潜艇都是采用一定方法加以控制的可控核反应堆。本讲稿第二十四页，共三十一页本讲稿第二十五页，共三十一页本讲稿第二十六页，共三十一页本讲稿第二十七页，共三十一页 解答这类问题，一般是先根据核反应方程求出一个铀核裂解答这类问题，一般是先根据核反应方程求出一个铀核裂变时发生的质量亏损，由质能方程计算出释放的能量，然后用变时发生的质量亏损，由质能方程计算出释放的能量，然后用阿伏加德罗常数把核能与铀核质量联系起来；另外，在计算过阿伏加德罗常数把核能与铀核质量联系起来；另外，在计算过程中要注意单位的统一。程中要注意单位的统一。本讲稿第二十八页，共三十一页本讲稿第二十九页，共三十一页点击下图进入点击下图进入 随堂检测随堂检测 归纳小结归纳小结本讲稿第三十页，共三十一页点击下图进入点击下图进入 课下作业课下作业 综合提升综合提升本讲稿第三十一页，共三十一页