19.6核裂变-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

19.6 核裂变 【基础知识梳理】 一、核裂变 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 当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应． 4．链式反应的条件 (1)铀块的体积大于或等于临界体积(或铀块的质量大于或等于临界质量)． (2)有足够数量的慢中子． 【重点】 如图为铀核裂变示意图． (1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程． (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？ 答案　(1)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．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． U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)不是，铀块体积还须大于或等于临界体积． 【总结】 1．典型的裂变方程 (1)U＋n→Xe＋Sr＋2n (2)U＋n→Ba＋Kr＋3n 2．核能的释放 由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能． 3．链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于或等于临界体积． (2)有足够浓度的铀235. (3)有足够数量的慢中子． 4．裂变反应的能量大小 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标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温． 二、核电站 1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成： (1)燃料：铀棒． (2)慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)． (3)控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒． 2．工作原理 核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却． 3．核污染的处理 在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下． 【重点】 如图所示为核反应堆示意图： (1)核反应堆中各部件的作用是什么？ (2)核电站发电有什么优点？ 答案　(1)镉棒：吸收中子，控制反应速度． 慢化剂：通常采用石墨、重水和普通水．作用是降低中子速度 铀棒：发生链式反应，产生能量． 保护层：是很厚的水泥外壳，屏蔽射线，防止放射性污染． (2)核电站发电的优点 ①消耗的核燃料少． ②作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所能提供的能量大． ③对环境的污染要比火力发电小． 【总结】1．核电站的主要部件及作用 组成部分 材料 作用 裂变材料 (核燃料) 浓缩铀 提供核燃料 减速剂 (慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速 控制棒 镉棒 吸收中子，控制反应速度 热交换器 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 金属套、钢筋混凝土 防止射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害 2.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火电站每年要消耗煤250万吨． (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量所能提供的能量大． (3)对环境的污染要比火力发电小． 【例题讲解】 一、单选题 1．以下叙述正确的是（　　） A．铀核裂变的核反应方程是U→Ba＋Kr＋2n B．光电效应实验说明光具有粒子性，康普顿效应实验说明了光具有波动性 C．在核裂变反应堆中用石墨或重水做慢化剂，其作用是减慢链式核反应的速度 D．质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量 2．中国的第一艘核潜艇安全航行近30年。中国是世界上唯一的一个核潜艇未发生过事故的国家，这证明了中国核潜艇的动力运行系统及核安全在国际上处于领先地位。为核动力潜艇所用燃料的一种核反应方程。关于该核反应，下列说法正确的是（　　） A．X的质子数为141 B．X的中子数为87 C．核反应前后核子的总质量不变 D．X比更稳定 3．现已知氘、氚的核聚变反应方程式为，氘核的质量为m