第4章 第2节 核裂变-2020-2021学年高中物理选修3-5【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第2节　核裂变 一、重核的裂变和链式反应 [自学教材] 1．重核的裂变 内容 重核的[来源:学*科*网Z*X*X*K] 裂变 定义 用中子轰击铀核，发现铀核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量，这种核反应过程叫作核裂变 裂变能 核裂变释放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能 典型裂 变反应 n＋U―→Sr＋Xe＋2n n＋U―→Ba＋Kr＋3n 2.链式反应 (1)定义：当中子轰击U核使其裂变释放出巨大能量的同时，释放出的中子继续轰击U，使之发生裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，就形成了裂变的链式反应。[来源:学科网ZXXK] (2)临界体积：能够发生链式反应的铀块的最小体积。 [重点诠释] 1．裂变的解释 (1)核子受激发：当中子碰撞铀235后，复合成U且处于高激发状态，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库仑斥力作用而分裂，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。 2．裂变释放能量 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1 MeV，裂变时能产生几万度的高温。 3．重核裂变的条件 如果铀块体积不够大，生成的中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，所以发生链式反应时铀块的体积应大于临界体积。 [典题强化] 1．关于重核的裂变，下列说法正确的是 A．重核分裂成核子的核反应 B．重核分裂成许多质量很小的轻核的核反应 C．重核分裂成两个或两个以上中等质量的核的核反应 D．中等质量的核分裂成质量很小的轻核的核反应 解析　由原子核的平均结合能曲线可知，中等质量原子核的平均结合能较大，重核分裂成中等质量的原子核才能释放核能，产生一般是两个中等质量原子核，但有少数情况分裂成两个以上中等质量原子核。故C正确。 答案　C 二、裂变反应堆 [自学教材] 1．核反应堆 用人工的方法控制链式反应的速度，维持和控制核裂变的装置。 2．核反应堆的组成 核反应堆包含堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分。 (1)堆芯：由燃料棒、减速剂和冷却剂组成。 (2)中子反射层：反射核裂变中产生的中子，进一步参加链式反应。 (3)控制系统：①控制棒用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度。②中子强度检测器：当反应太强时，控制棒能自动插入，多吸收中子；反应较弱时，控制棒能自动抽出一些，少吸收中子。 (4)防护层：用厚厚的水泥墙制成，防止放射线的外泄。 3．核反应堆的主要组成部分及其作用 名称 原料 作用 核燃料 浓缩铀(铀棒) 释放核能 减速剂 石墨或重水 变快中子为慢中子 控制棒 镉棒或硼钢棒 吸收中子， 控制反应速度 保护层 厚水泥壁 防止辐射 热交换器(冷却系统) 水(或液体金属钠、空气) 冷却和输出热能 [典题强化] 2．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由哪四部分组成 A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统 B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统 C．原子燃料、调速剂、碰撞系统和传热系统 D．原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统 解析　核反应堆是由堆芯、中子反射层、控制系统和防护层组成的，其中，堆芯又由燃料棒、减速剂和冷却剂组成，A项正确。 答案　A 考向一　对核裂变的理解 [例1]　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 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，所以核子数要减少 D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能 【思路点拨】　根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析。 【解析】　裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式的能的过程。其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量，A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。如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生，B错误；在裂变反应中核子数是不会减少的，C错误；重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，还会再发生质量亏损，从而释放出核能，选项D正确。 【答案】　D ○借题发挥 (1)重核发生裂变的条件：铀块的体积要大于或等于临界体积。 (2)重核裂变释放核能的原因：重核核子的平均质量大于中等核子的平均质量。 1．核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，U是核电站常用的核燃料。U受一个中子轰击后裂变成Ba和K