5.5 核能的利用与环境保护 课件 -2024-2025学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

第五节 核能的利用与环境保护 教学课件 Teaching Courseware 20XX.XX.XX 第五章 原子核与核能 高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册 1.知道什么是核反应堆,了解核电站及核能发电的优缺点。 2.知道原子弹和氢弹的反应原理。 3.知道核能的利用与防护。 素养目标 新课讲解 New lesson explanation 新课讲解 一、核电站 1.反应堆 通过可控制的链式反应来释放核能的装置。 (1)燃料：铀棒 (2)慢化剂：为了使裂变产生的快中子减速 (3)控制棒：利用镉棒吸收中子的能力很强来控制反应速度 (4)水泥防护层：屏蔽射线防止放射性污染 “热中子（慢中子）”核反应堆示意图 水泥防护层 控制棒——镉棒 燃料棒—铀棒 减速剂 19世纪末20世纪初，人类通过实验认识了核能并逐步学会使用和控制核能。 新课讲解 核反应堆释放的核能 电能 核电站 转化为 的发电厂 就是将 2.核电站 压水式反应堆核电站包括反应堆本体、一回路系统、二回路系统、汽轮发电机组以及为支持系统正常运行并保证反应堆安全而设置的辅助系统。一回路系统是蒸汽供应系统，包括蒸汽发生器、稳压器、主冷却剂泵等，反应堆释放的内能由冷却剂带到蒸汽发生器中，产生蒸汽；二回路系统是蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的系统，与常规火电厂汽轮发电系统基本相同。 新课讲解 新课讲解 目前核电站的反应堆以 为燃料，发电成本低于煤电。但是 只占天然铀的0.72％，99.28％的 没有被充分利用，造成了资源的浪费和核废料处理上的困难。采用增殖反应堆可使资源得到充分利用。 增殖反应堆 新课讲解 二、原子弹和氢弹 1.原子弹 原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。 原子弹的链式反应是怎样形成 方法一：是将浓度为90％以上的 分成两块半球形，每块都达不到临界体积。利用普通炸药引爆，使两块 挤合到一起，使其达到临界体积，同时中子源释放中子引起链式反应，从而引发剧烈爆炸。这样设计的装置，称为“枪式”装置。 方法二：称为“内爆法”，即将炸药放在没有达到临界体积的 （或 ）块周围。当炸药爆炸时，很快向中心压缩，使 (或 ）块密度大增，发生链式反应。这种设计方法难度大，但核材料利用率较高。 新课讲解 2.氢弹 普通炸药 U235 氘、氚 爆炸 裂变 聚变 1967年6月17日，我国首枚氢弹爆炸成功 氢弹是一种不需人工控制而实现核聚变的反应装置。 新课讲解 在弹体内装有热核材料， 、铀块或钚块以及普通炸药。当普通炸药爆炸时，铀块或钚块迅速合为一体，使弹体体积超过临界体积而发生爆炸。爆炸的高温高压使 等轻核发生聚变反应，产生很高的能量直至再次发生更大规模的爆炸。 新课讲解 新课讲解 三、核能的优势与危害 等效 ①核能发电可缓解能源危机。 一座百万千瓦级压水式反应堆核电站，每年仅消耗1吨 ，同等规模的燃煤发电厂每年要消耗原煤2.5×106吨。在煤炭等资源越来越少的情况下，越来越多的国家利用核能发电。 1.核能的优势 新课讲解 百万千瓦级的燃煤电站每年要排放出几万吨二氧化硫、氮氧化物等有害气体及致癌物质，而且烟尘还含有少量钍、镭等放射性物质。核电站的安全壳是顶部为半球形的钢筋混凝土建筑物，将反应堆和一回路系统密封在内，能防止其污染环境；二回路系统的废水、废气是低放射性的且经过处理后才能排放。 ②在安全运行的情况下，核能发电比燃煤发电对环境带来的污染小。 新课讲解 (1)核燃料使用后会产生具有高放射性的核废料。 (2)核泄漏会产生严重后果 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。核废料需要装入特制的容器,深埋地下。 2.核能的危害 新课讲解 (3)核武器的威胁 核武器的威力巨大，不仅能摧毁地球上的生命，还会使生态环境受到严重破坏。所以，核武器的使用和核武器技术的扩散始终威胁着人类自身的生存。 经典例题 Classic Example 经典例题 1.(多选)如图是核电站工作流程图,关于核能,下列说法正确的是 A.核反应堆可以把核能直接转化为电能 B.核反应堆利用的是原子核衰变过程产 生的能量 C.核反应生成物的比结合能大于反应物 的比结合能 D.水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线 √ √ 经典例题 2.U受中子轰击时会发生裂变,产生Ba和Kr,同时放出200 MeV的能量,现要建设发电功率是50万千瓦的核电站,用铀235作为原子锅炉的燃料,假设核裂变释放的能量全部被用来发电,那么一天需要纯铀235的质量为多少?(阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,e=1.6×10-19 C) 答案　0.527 kg 经典例题 每天发电能的总量 E=24×3.6×103×5×108 J=4.32×1013 J, 要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目 n= 个=1.35×1024个, 则对应的质量 m=·MU=×235×10-3 kg=0.527 kg。 课堂练习 Classroom Practice 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂小结 Class Summary 课堂小结 核能的利用与环境保护 目标一：核电站 燃料：铀棒 目标二：原 子弹与氢弹 氢弹 原子弹 控制棒：镉棒 原理：核聚变 引爆方式：原子弹 目标三：核能的优势与危害 原理：核裂变 作用：吸收中子，控制链式 反应速度 原理：核裂变 链式反应产生方法 枪式 内爆式 感谢观看 THANK YOU $$