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1、核裂变和裂变反应堆知识梳理图【知识点】1.重核的裂变2.链式反应3.核反应堆情景设置我们已经知道在核反应中可以放出大量能量,核电站就是利用核反应中放出的能量发电的,用这种方式发电比煤发电要好得多,我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等.核裂变过程中释放的能量相当巨大.那么重核是如何裂变的呢?深化探究一､重核的裂变1.定义:使重核分裂成中等质量的原子核的反应叫重核裂变.重核的裂变只发生在人为控制的核反应中,自然界不会自发的产生.2.铀核的裂变(1)发现:1938年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时,发现了铀核的裂变,向核能的利用
2、迈出了第一步.(2)裂变方程:裂变的产物是多种多样的,一种典型的铀核裂变的产物是钡和氪同时放出3个中子,核反应方程如下:23592U+10n→14456Ba+8936Kr+310n(3)链式反应:当中子进入铀235后,分裂成两个中等质量的原子核,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,这个反应速度很快,不加控制的话,能量在很短的时间内急剧释放(原子弹),如果采用其他方法,对反应速度加以控制的话,能量缓慢释放(核电站)(4)临界体积:铀块的大小是链式反应能否进行的
3、重要因素,如果铀块的体积不够大,中子在铀块中通过时,就有可能碰不到铀核,链式反应不能继续,通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做临界体积,相应的质量叫临界质量.核电站是利用缓慢释放的核能来发电的,这是核能的和平利用,因此核电站是可控的链式反应.核电站的核心是核反应堆,核反应堆的主要组成及其作用1.核燃料:反应堆使用浓缩铀(铀235占3%-4%),制成铀棒作为核燃料,释放核能.2.中子慢化剂:铀235具有容易俘获慢中子,不易俘获快中子的特点,而核反应释放的中子多数为快中子,应用慢化剂使它们速度降下来,常用的慢化剂的物质有石墨､重水和普通水(轻水)
4、.3.控制棒:由吸收中子能力很强的镉制成的,用以控制核反应速度.4.保护层:反应堆外层是很厚的水泥壁,可防止射线辐射.5.热交换器:靠水或液态金属钠在反应堆内外的循环流动把产生的热量传输出去.典例分析一､对裂变的理解例1:关于铀核裂变,下述说法中正确的是()A.铀核裂变的产物多种多样,但只能裂变成两种不同的核B.铀核裂变时一般释放2-3个中子C.为了使裂变的链式反应能够进行,铀块的体积必须大于等于临界体积D.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,裂变的产物多种多样,具有极大的偶然性,但裂变成两块的情况多,也有的分裂成多块
5、并放出几个中子,故A选项错误;B选项正确;铀发生裂变反应后释放2-3个中子.如果发生链式反应,铀块的体积必须大于等于临界体积,否则中子穿过铀块时,可能不与铀核发生碰撞,从而反应不能继续下去,故C选项正确,D选项错误.答案:BC巩固练习1:关于重核裂变,以下说法正确的是()A.重核裂变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C.重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减小D.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:根据重核裂变的条件和裂变放能的原理分析可知,裂变时因铀核俘获中子发生核反应,
6、是核能转化为其他形式能的过程,释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量,故A选项错误;链式反应是有条件的,即铀块的体积必须大于其临界体积,如果体积较小,中子从铀块中穿过时,碰不到原子核,则链式反应就不能发生,故B选项错误;在裂变中质量数､电荷数都守恒,故C选项错误;在裂变反应中,有质量亏损,释放核能,故D选项正确.答案:D二､裂变中能量的计算例2:用中子轰击铀核(23592U),其中一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分,放出了中子,各个核的质量如下mU=390.3139×10-27kgmn=1.6749×10-27kgmB
7、a=234.0016×10-27kgmKr=152.6047×10-27kg试写出核反应方程,算出反应中释放的核能.解析:(1)核反应方程为10n+23592U→14156Ba+9236Kr+310n(2)核反应前后的质量亏损Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.3578×10-27kg由爱因斯坦质能方程,得ΔE=Δmc2=0.3578×10-27×(3.00×108)2J=3.2202×10-11J答案:(1)10n+23592U→14156Ba+9236Kr+310n(2)3.2202×10-11J巩固练习2:已知一个铀235核裂变时能释
8、放200MeV的能量,问1kg铀完全裂变能释放多少能量?相当于多少吨燃烧值为2.94×107J/kg的煤所放
