1、6. 核 裂 變第十九章第十九章 原子核原子核重點：重點：1.1.裂變和鏈式反應及裂變方程的書寫裂變和鏈式反應及裂變方程的書寫. . 2. 2.了解核反應堆和核能的應用了解核反應堆和核能的應用. .難點：臨界質量和鏈式反應速度的控制難點：臨界質量和鏈式反應速度的控制. .一、核裂變一、核裂變1.1.核裂變：重核被核裂變：重核被中子中子轟擊后分裂成兩個質量差不多的新原轟擊后分裂成兩個質量差不多的新原子核，并放出子核，并放出核能核能的過程的過程. .2.2.鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發生裂變，其產物是多鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發生裂變，其產物是多種多樣的，其中一種典型的反應是種多樣的

2、，其中一種典型的反應是2352359292U+U+1 10 0n n 1441445656Ba+ Ba+ 89893636Kr+Kr+3 31 10 0n n. .1938年年12月，德國物理學家哈恩與斯特拉斯曼利用中子月，德國物理學家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時，發現了鈾核的裂變，向核能的利用邁出了轟擊鈾核時，發現了鈾核的裂變，向核能的利用邁出了第一步第一步常見的裂變方程：常見的裂變方程：2352359292U+U+1 10 0nn13136 65454Xe+Xe+9 90 03838Sr+Sr+10101 10 0n n2352359292U+U+1 10 0n n141141565

3、6Ba+Ba+92923636Kr+3Kr+31 10 0n n 重核裂變的實質重核裂變的實質：(1)(1)重核裂變是中子轟擊質量數較大的原子核，使之分裂成中等重核裂變是中子轟擊質量數較大的原子核，使之分裂成中等質量的原子核，同時釋放大量的能量，放出更多的中子的過程質量的原子核，同時釋放大量的能量，放出更多的中子的過程. .(2)(2)重核的裂變是放能核反應，原因是核反應前后質量有虧損，重核的裂變是放能核反應，原因是核反應前后質量有虧損，根本原因是重核的比結合能相比中等質量的核的比結合能要小根本原因是重核的比結合能相比中等質量的核的比結合能要小. .所以在重核分解為兩個中等質量核的過程中要釋放

4、能量，而且所以在重核分解為兩個中等質量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量. .二、鏈式反應二、鏈式反應3.3.鏈式反應：當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中鏈式反應：當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續下去，這種反應叫核裂子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續下去，這種反應叫核裂變的變的鏈式反應鏈式反應. .4.4.鏈式反應的條件：發生裂變物質的體積大于鏈式反應的條件：發生裂變物質的體積大于臨界體積臨界體積或裂或裂變物質的質量大于變物質的質量大于臨界質量臨界質量. .三三、核電站、核電

5、站1.1.核電站：利用核能發電，它的核心設施是核電站：利用核能發電，它的核心設施是反應堆反應堆，它主要，它主要由以下幾部分組成：由以下幾部分組成：(1)(1)燃料：燃料：鈾棒鈾棒. .(2)(2)慢化劑：鈾慢化劑：鈾235235容易捕獲慢中子發生反應，采用容易捕獲慢中子發生反應，采用石墨石墨、重重水水或或普通水普通水作慢化劑作慢化劑. .(3)(3)控制棒：為了控制能量釋放的速度，就要想辦法調節中子控制棒：為了控制能量釋放的速度，就要想辦法調節中子的數目，采用在反應堆中插入鎘棒的方法，利用鎘的數目，采用在反應堆中插入鎘棒的方法，利用鎘吸收中子吸收中子的特性，就可以容易地控制鏈式反應的速度的特性

6、，就可以容易地控制鏈式反應的速度. .2.2.工作原理：核燃料工作原理：核燃料裂變裂變釋放能量，使反應區溫度升高釋放能量，使反應區溫度升高. .3.3.能量輸出：利用水或液態的金屬鈉等流體在反應堆內外能量輸出：利用水或液態的金屬鈉等流體在反應堆內外循環流動循環流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發電，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發電. .4.4.核污染的處理：為避免射線對人體的傷害和核污染的處理：為避免射線對人體的傷害和放射性放射性物質對物質對水源、空氣和工作場所造成的放射性污染，在反應堆的外面需水源、空氣和工作場所造成的放射性污染，在反應堆的外面需要修建很厚的要修建很厚的水泥層水泥層，用來

7、屏蔽裂變反應放出的各種射線，用來屏蔽裂變反應放出的各種射線，核廢料具有很強的核廢料具有很強的放射性放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下，需要裝入特制的容器，深埋地下. .【要點整合】【要點整合】 1.1.反應堆工作原理反應堆工作原理(1)(1)在核電站中，核反應堆是熱源，如圖為簡化的核反應堆示在核電站中，核反應堆是熱源，如圖為簡化的核反應堆示意圖：鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾意圖：鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾( (鈾鈾235235的含量占的含量占2%2%4%)4%)制成，石墨制成，石墨( (重水重水) )為慢化劑，使反應生成的快中子變為慢中子，為慢化劑，使反應生成的快中子變為慢中子，便于鈾便于

8、鈾235235的吸收，發生裂變，慢化劑附在鈾棒周圍的吸收，發生裂變，慢化劑附在鈾棒周圍. .(2)(2)鎘棒的作用是吸收中子，控制反應速度，所以也叫控制棒鎘棒的作用是吸收中子，控制反應速度，所以也叫控制棒. .控制棒插入深一些，吸收中子多，反應速度變慢，插入淺一些，控制棒插入深一些，吸收中子多，反應速度變慢，插入淺一些，吸收中子少，反應速度加快，采用電子儀器自動調節控制棒的吸收中子少，反應速度加快，采用電子儀器自動調節控制棒的升降，就能使反應堆安全正常地工作升降，就能使反應堆安全正常地工作. .(3)(3)核反應釋放的能量大部分轉化為內能，這時通過水、液態核反應釋放的能量大部分轉化為內能，這時通過水、液態鈉等作冷卻劑，在反應堆內外循環流動，把內能傳輸出去，用鈉等作冷卻劑，在反應堆內外循環流動，把內能傳輸出去，用于推動蒸汽機，使發電機發電于推動蒸汽機，使發電機發電. .發生裂變反應時，會產生一些發生裂變反應時，會產生一些有危險的放射性物質，很厚的水泥防護層可以防止射線輻射到有危險的放射性物質，很厚的水泥防護層可以防止射線輻