1、第十九章 原子核 3-5 選修 重核裂變19.6 】【教學目標 知道重核的裂變和鏈式反應。1 會計算核裂變釋放的能量。2 知道什么是核反應堆，了解核電站及核能的優(yōu)缺點。3 重核的裂變和鏈式反應。重點： 計算核裂變釋放的能量。難點： 】【自主預習 。鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質量差不多的碎塊，這類核反應稱為原子核的_1. 。叫做核裂變的_2由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程，通常把裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應_是鏈式反應能否進行的重要因素，3鈾塊的 _。的_體積叫做它的臨界體積，相應的質量叫做；為了調節(jié)中也叫輕水)、_和普通水(4在核電站中，常用的慢化劑有_ _。子數(shù)目以控制反

2、應速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，這種鎘棒叫做 核裂變5. 核裂變(1) 重核在其他粒子的轟擊下分裂成中等質量大小的原子核并放出能量的變化叫做核裂變。個中子，其核鈾核裂變的產物是多樣的，一種典型的鈾核裂變產物是鋇和氪，同時釋放出32351114489n 3KrUnBa反應方程是 005636 92 鏈式反應(2) 重核裂變時產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程叫做鏈式反應。 臨界體積：能發(fā)生鏈式反應的最小體積叫做臨界體積，相應的質量叫做臨界質量。 (3)裂變產生的能量200 MeV鈾核裂變產物不同，釋放的能量也有差異。一個鈾核裂變釋放的能量如果按 2 800 t優(yōu)質煤完全燃燒時釋放

3、的化學能。估算，1 kg鈾全部裂變放出的能量相當于 6.核電站 (1)了解核電站所示，核反應堆的主要1核電站的核心是核反應堆，如圖196 組成部分及其作用：制成鈾棒作為核4%)235占3%(核燃料：反應堆使用濃縮鈾鈾 燃料，釋放核能。具有易俘獲慢中子、不易俘獲快中子的特中子減速劑：鈾235點，而核反應中釋放的中子多數(shù)為快中子，應使用減速劑使它們的速度降下來，常用作減速 劑的物質有石墨、重水或普通水。 控制棒：由吸收中子能力很強的鎘制成，用以控制反應速度。 保護層：反應堆外層是很厚的水泥壁，可防止射線輻射出去。 熱交換器：靠水或液態(tài)金屬鈉在反應堆內外的循環(huán)流動，把產生的熱量傳輸出去。 (2)核電

4、站的優(yōu)點 消耗的“燃料”很少。 作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大。 對環(huán)境的污染比火電站要小。 【典型例題】 【例1】關于重核的裂變，以下說法中正確的是( ) A鈾235被中子轟擊后都會分裂成兩塊質量差不多的碎塊，同時放出幾個中子 B鈾235被中子轟擊后二者都會發(fā)生分裂 C要使鈾塊發(fā)生鏈式反應，其體積必須足夠大 D鈾235分裂成兩個中等質量的核，比結合能減小，放出核能 92235141放出3U)，Ba)和氪(2】用中子轟擊鈾核(其中的一個可能反應是分裂成鋇(Kr)兩部分，【例36 9256個中子。各個核和中子的質量如下： 2727 mm kg×10 kg，n×U390

5、.313 9101.674 92727mm kg ×，10KrBa234.001 6×10152.604 7 kg試寫出核反應方程，算出反應中釋放的核能。 【例3】已知一個鈾235核裂變時能釋放200 MeV的能量，問1 kg鈾完全裂變能釋放多少能量？相當于多少噸燃燒值為2.94×107 J/kg的煤所放出的能量？ 【例4】（2010·上海單科）現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于 ( ) A天然放射性元素衰變放出的能量 B人工放射性同位素放出的能量 C重核裂變放出的能量 D化學反應放出的能量 【課后練習】 1下列核反應中，表示核裂變的是( ) 234423

6、8UThHe A.292 90 1144891235UnBaKr3B.n 0056 3692 30030Sie C.P1141541219BeHeCn D.0 246 2關于鈾核裂變，下述說法正確的是( ) A鈾核裂變的產物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核 B鈾核裂變時還能同時釋放23個中子 C為了使裂變的鏈式反應容易進行，最好用純鈾235 D鈾塊的體積對產生鏈式反應無影響 3關于重核的裂變，以下說法正確的是( ) A核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量 B中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應 C重核裂變釋放出大量能量，產生明顯的質量虧損，所以核子數(shù)要減小 D由于重核的核子平均質量

7、大于中等質量核的核子平均質量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|量的核時，要發(fā)生質量虧損，放出核能 4利用重核裂變釋放核能時選用鈾235，主要因為( ) A它比較容易發(fā)生鏈式反應 B能自動裂變，與體積無關 C鈾核比較容易分裂成為三部分或四部分，因而放出更多的核能 D鈾235價格比較便宜，而且它裂變時放出的核能比其他重核裂變時放出的核能要多 5原子反應堆是實現(xiàn)可控制的重核裂變鏈式反應的一種裝置，它主要有哪四部分組成( ) A原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和控制調節(jié)系統(tǒng) B原子燃料、慢化劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng) C原子燃料、慢化劑、碰撞系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng) D原子燃料、中子源、原子能聚存系統(tǒng)和輸送系統(tǒng) 62009年9月，山

8、東榮成石島灣核電站開工，計劃總裝機規(guī)模400萬千瓦。核電站與火電站相比較，其優(yōu)勢在于( ) A核燃料釋放出的能量遠大于相等質量的煤放出的能量 B就可采儲量來說，地球上核燃料資源遠多于煤炭 C核電站造成的污染遠小于相等發(fā)電能力的火電站 D核電站比火電站更容易建造 235901361) X中(XenSr7在核反應方程式kU5409238 10 kX是中子， BAX是中子，k910 kX CX是質子，k9 是質子，D 2352351nU原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應，其裂變方程式為8一個UX092 92941) ，則下列敘述正確的是( Sr2n038 個中子X原子核中含有86A 個核子X

9、原子核中含有141B2 mc，所以裂變后的總質量數(shù)增加C因為裂變時釋放能量，根據(jù)E 因為裂變時釋放能量，出現(xiàn)質量虧損，所以生成物的總質量減少D ) ( ”表示中子的是 9下列核反應方程中，符“X171214494HeHeO+X N+ B A Be +C+X 876242 23912022392041UnNp+X H+X CHg+Pt +2 D9307892801 ) ( 10下列核反應方程中正確的是 123812234429n He BBe +C + H Th+ AU 092690214 312342340310e e Pa+ Th C Si+P D 15909011?14 23514489兆

10、電子伏特的能量。200Kr，同時放出 .受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產生U Ba和11 36 9256作為原子鍋爐的燃料。假設核裂變釋放的能萬千瓦的核電站，用鈾235現(xiàn)要建設發(fā)電能力是5023摩個/6.02235量全部被用來發(fā)電，那么一天需要純鈾的質量為多大？(阿伏加德羅常數(shù)取×10爾) 例題答案： 錯誤；慢中子最適于引發(fā)裂變，但并不是轟擊后A1.解析：鈾核也有三分裂、四分裂現(xiàn)象，正確；中等質量核CB錯誤；要發(fā)生鏈式反應，鈾塊的體積必須大于臨界體積，都會發(fā)生分裂， 錯誤。的比結合能最大，鈾核分裂時比結合能增大，放出核能，DC 答案： 【解析】根據(jù)反應前后核的質量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒和反應

11、中的能量守恒，就可以寫2. 出核反應方程。 根據(jù)核反應前后的質量虧損，用愛因斯坦的質能方程就可算出釋放的核能。 此鈾核裂變方程為1141921235n 3nUBaKr036 920 56 則核反應前后的質量虧損為27mmmmmm kg 0.357 8×Kr310nUnBa 由愛因斯坦質能方程可得釋放的核能為11 278mcE J。10)2 J3.215 7×100.357 82×10×(2.997 9×132 789 t 10 J 3. 【答案】8.2× 235中含有的原子核數(shù)，然后即可根據(jù)已知求解。【解析】首先求出1 kg鈾 235

12、中含有的原子核數(shù)為：1 kg鈾1 0002423 2.562×10×6.02×10個 23524E200 MeV2.562×10每個鈾核裂變能放出200 MeV的能量，則1 kg鈾核裂變能釋放×13 3226 19 10J。10×1.6×J8.2×5.124×10MeV5.124×10 m，則有： kg設與1 kg鈾235相當?shù)膬?yōu)質煤是137 m J ××1010J/kg8.2×2.941310×8.26 。×10 kg2 789 t 解得mkg

13、2.789 710×2.94C 【答案】4. 項正確。【解析】現(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾，利用鈾裂變放出的核能發(fā)電，故C 課后練習答案： 故B正確。1. 解析：重核的裂變是指重核在中子的轟擊下分裂成中等質量原子核的核反應，B 答案：具有極大的偶然性，會引起裂變，裂變的產物是各種各樣的，2.解析：鈾核受到中子的轟擊，受慢中子的轟擊時，235但裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，并放出幾個中子的情況。鈾以上的中子才能引起裂變，且裂變的幾率小。只有俘獲能量在1 MeV裂變的概率大，而鈾238 正確。、而要引起鏈式反應，需使鈾塊體積超過臨界體積，故上述選項BCC 答案：B、根據(jù)重核發(fā)生裂變

14、的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時鈾核俘獲中子即發(fā)解析：3. 生核反應，是核能轉化為其他形式能的過程。因其釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量。 鏈式反應是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積。如果體積小，中子從鈾塊中穿過時，90235U裂變?yōu)镾r碰不到原子核，則鏈式反應就不會發(fā)生。在裂變反應中核子數(shù)是不會減小的，如38 92136Xe的核反應，其核反應方程為 和54 2351901361UnSrXe10n， 00 923854其中各粒子質量分別為 m235.043 9 u，m1.008 67 u， nUm89.907 7 u，m135.907 2 u。 XeSr質量虧損為 m(mm

15、)(mm10m) nnUXeSr0.151 0 u 可見鈾核裂變的質量虧損是遠小于一個核子的質量的，核子數(shù)是不會減少的，因此選項A、B、C均錯。重核裂變?yōu)橹械荣|量的原子核時，由于平均質量減小，還會再發(fā)生質量虧損，從而釋放出核能。綜上所述，選項D正確。 答案：D 4. 解析：鈾235容易俘獲慢中子發(fā)生裂變，而鈾238只有俘獲能量在1 MeV以上的中子才能發(fā)生裂變。鈾核在發(fā)生鏈式反應時，鈾塊體積必須超過其臨界體積，故僅A選項正確。 答案：A 5. 答案：A 6. 解析：核電站與火電站相比，相等質量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多，地球上可開采核礦石儲量所能提供的能量約為煤、石油的15倍，只

16、要措施得當，核電站造成的污染很小，核能屬于清潔能源，A、B、C均正確；核電站的建造難度較大，D錯誤。 答案：A、B、C 7. 解析：核反應方程應遵循電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒，在題目所給核反應中，設X的質子數(shù)為x，則核反應方程的左邊質子數(shù)為92092，右邊質子數(shù)為3854x92，x0，X的質子數(shù)為0，所以X為中子，左邊質量數(shù)為2351236，右邊質量數(shù)為90136k×1236，k10，所以k的數(shù)值為10。 答案：B 8. 解析：X原子核中的核子數(shù)為(2351)(942)140個，B錯誤；中子數(shù)為140(9238)86個，A正確；裂變時釋放能量，出現(xiàn)質量虧損，但是其總質量數(shù)是不變的，C、D錯。 答案：A 9. AC 10.BD 11. 解析：核電站每一天的發(fā)電量為： 4313 J。×10 ×24×3 600 JEPt50×