5.4 核裂变与核聚变 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

学习目标 1、知道重核的裂变反应，知道重核裂变能释放巨大能量 2、链式反应及发生链式反应的条件。 3、了解核聚变的特点及发生条件。 4、了解裂变反应堆的工作原理及核电站和核能利用的优缺点。 5、会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量。 5.4 核裂变与核聚变 一、核裂变的发现 1、重核的裂变： 使重核分裂成中等质量的原子核的核反应叫重核的裂变。 2、核反应类型：重核的裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发的产生。 3、一种典型的铀核裂变 二分裂 铀核裂变的产物是多样的，大多是二分裂 我国科学家钱三强、何泽慧夫妇于1947年在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分，其概率大约是分裂为两部分的概率的 1/300和 1/5000 。这一研究成果得到了广泛的认可和赞誉。 4、对重核裂变的理解 （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式。 （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 2～3 个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能。 （3）核能的释放：由于重核的核子平均质量大于中等质量原子核的核子平均质量，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。 5、链式反应 （1）定义：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫链式反应。 6、裂变反应的能量 一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万摄氏度的高温。 （2）链式反应的条件： ①要有足够浓度的铀235 ②要有足够数量的慢中子 ③铀块体积大于或等于临界体积体积或裂变物质的质量大于临界质量 拓展学习：原子弹 图5.4-3是“内爆式”原子弹结构图。核燃料一般被分成若干块放置，每块的体积都小于临界体积。它的外部安放化学炸药，引爆时利用化学炸药爆炸的冲击波将核燃料压缩至高密度的超临界状态，聚心冲击波同时压缩放在核燃料球心的中子源，使它释放中子，引起核燃料的链式反应。 原子弹 1964年10月16日中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 练习、华能石岛湾高温气冷堆核电站是我国自主研发的世界首座具有第四代核电特征的核电站。核反应堆是核电站的心脏，它是通过可控链式核裂变反应来实现核能利用的。一个 原子核在中子的轰击下发生裂变反应，其裂变方程为， 下列说法正确的是（　　）A．核反应方程中Sr的中子数为56B．核反应方程中Sr的质量数为92C．因为裂变释放能量，Xe原子核的比结合能应比U原子核的小D．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少 B 练习、铀核裂变的许多核反应中其中一个是 （1）试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量（ 、 、 、 的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV能量）；（2）1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少煤释放的能量？（煤的热值为2.94×107 J/kg） 二、反应堆与核电站 1、核反应堆 原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务，裂变反应堆的结构所示： 2、核反应堆工作原理 核反应堆简化示意图如图。各部分作用如下： (1)核燃料：反应堆使用浓缩铀(铀235占3%～4%)制成铀棒作为核燃料，释放核能。 (2)减速剂：用石墨、重水和普通水，使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收。 (3)控制棒：由吸收中子能力很强的镉制成，用以控制反应速度。 (4)水泥防护层：反应堆外层是很厚的水泥壁，可防止射线辐射出去。 (5)热交换器：靠水和液态金属钠在反应堆内外的循环流动，把产生的热量传输出去。 3、核电站 核电站是利用缓慢释放的核能来发电，这是核能的和平利用。如图所示为核电站工作流程示意图。 练习、（多选）如图是慢中子反应堆的示意图，对核反应堆的下列说法中正确的是(　　) A．铀235容易吸收快中子发生裂变反应 B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少， 变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应 C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些 D．若要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些 BC 1