5.2 裂变及其应用-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-5）

5.2　裂变及其应用 [学习目标] 1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.会判断和书写核裂变方程，能计算核反应释放的能量.3.了解核电站的安全性能及核废料的处理． 一、核裂变和链式反应 [导学探究]　如图1为铀核裂变示意图． 图1 1．铀核裂变是如何发生的？ 答案　(1)核子受激发：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．[来源:学|科|网] 2．铀核裂变在自然界中能自发进行吗？ 答案　重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生，故铀核裂变不会自发地进行．要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应． [知识梳理]　对核裂变和链式反应的理解 1．核裂变 重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程． 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U＋ n→Ba＋Kr＋3n. 3．链式反应：铀核裂变时，通常会放出2到3个中子，这些中子可以作为新的“炮弹”轰击其他的铀核，使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应． 4．发生链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积或发生裂变物质的质量大于等于临界质量． [即学即用]　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，同时放出三个中子．(　×　) 二、核电站 [知识梳理]　核反应堆的结构及核电站的认识 1．核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，主要由以下几部分组成： (1)裂变材料：铀棒； (2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子而发生反应，通常用石墨、重水或普通水(也叫轻水)作慢化剂； (3)控制棒：用镉或硼钢制成，用来吸收减速后的中子，控制反应强度； (4)反射层：一般用石墨做材料，阻止中子逃逸；[来源:Z.xx.k.Com] (5)热交换器：利用水循环，把反应堆中的热量传输出去； (6)防护层：由金属套、防止中子外逸的水层以及1～2 m厚的钢筋混凝土构成． 2．裂变反应堆的常见类型 (1)重水堆：采用重水做慢化剂的反应堆． (2)高温气冷堆：采用石墨为慢化剂、氦为冷却剂的反应堆． (3)快中子增殖反应堆：以铀－235作为主要裂变材料的反应堆．其最大特点是可以合理利用有限的铀资源，使核燃料增殖． 3．核电站的工作模式 以核反应堆为能源，用它产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，从而进行发电． 4．核安全性与核废料处理 (1)核电站的安全性能：为了防止放射性物质的泄漏，核电站设置了4道安全屏障． ①第一道屏障：二氧化铀陶瓷体燃料芯块． ②第二道屏障：锆合金包壳． ③第三道屏障：由反应堆压力容器和冷却回路构成的压力边界． ④第四道屏障：安全壳． (2)核废料的处理：我国对核废料采用后处理技术，即先回收铀、钚等，然后处理剩下的放射性废料和其他途径产生的核废料． [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．(　√　) (2)核反应堆用过的核废料无毒无害．(　×　) 一、重核裂变与其释放核能的计算 1．常见的裂变方程 (1)U＋n―→Xe＋Sr＋2n (2)U＋n―→Ba＋Kr＋3n 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．体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核． (2)有足够浓度的铀235. (3)有足够数量的慢中子． 3．裂变反应的能量 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．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧释放的化学能，裂变时能产生几百万度的高温． 4．铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应． 例1　关于重核的裂变，下列说法正确的是(　　) A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 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的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少 D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能 答案　D[来源:学.科.网Z.X.X.K] 解析　核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于