教科版高中物理选修3-5：《核裂变》课件1-新版.ppt

1、1知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；2知道什么是链式反应；知道什么是链式反应；3会计算重核裂变过程中释放出的能量；会计算重核裂变过程中释放出的能量；4知道什么是核反应堆了解常用裂变反应堆的类型，了解核电知道什么是核反应堆了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点站及核能发电的优缺点质量较小质量较小核能核能中子中子 链式反应：链式反应：由由重核裂变产生的重核裂变产生的 使裂变反应一代接一代继续使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应下去的过程，叫做核裂变的链式反应链式反应的条件：链式反应的条件：发发

2、生裂变物质的体积大于等于生裂变物质的体积大于等于 或裂或裂变物质的质量大于等于变物质的质量大于等于 中子中子临界体积临界体积临界质量临界质量二、核电站二、核电站核电站：核电站：是是利用核能发电，它的核心设施是利用核能发电，它的核心设施是 ，它主要，它主要由以下几部分组成：由以下几部分组成：(1)燃料：燃料：；(2)慢化剂：铀慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用容易捕获慢中子发生反应，采用、和和作慢化剂；作慢化剂；(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉数目，采用在反应堆中插入

3、镉棒的方法，利用镉 这一特性，就可以容易地控制链式反应的速度这一特性，就可以容易地控制链式反应的速度核反应堆核反应堆铀棒铀棒石墨石墨重水重水普通水普通水的的能力很强能力很强吸收中子吸收中子工作原理：工作原理：核核燃料燃料释放的能量，使反应区温度升高释放的能量，使反应区温度升高能量输出：能量输出：利利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，把反应堆内的热量传输出去，用于发电核污染的处理：核污染的处理：为为避免避免对人体的伤害和对人体的伤害和 对对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需水源、空气和工作场所造成的放

4、射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的要修建很厚的，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的核废料具有很强的，需要装入特制的容，需要装入特制的容器，器，裂变裂变循环流动循环流动射线射线放射性物质放射性物质水泥层水泥层放射性放射性深埋地下深埋地下一、重核的裂变及链式反应一、重核的裂变及链式反应定义定义：使重核分裂成质量较小的核的反应叫重核的裂变：使重核分裂成质量较小的核的反应叫重核的裂变铀核裂变：铀核裂变：1938年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，铀核裂变的产物是多种多样的，击铀核时

5、，发现了铀核的裂变，铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙有时裂变为氙(Xe)和锶和锶(Sr)，有时裂变为钡，有时裂变为钡(Ba)和氪和氪(Kr)，有时，有时裂变为锑裂变为锑(Sb)和铌和铌(Nb)，产物不同，释放的能量和中子数也不，产物不同，释放的能量和中子数也不尽相同尽相同当中子进入铀当中子进入铀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，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，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作

6、用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，状，这样就分裂成几块，同时放出同时放出23个中子个中子这些中子又引起其他铀这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释会不断地进行下去，释放出越来越多的核能，放出越来越多的核能，这就是链式反应，如这就是链式反应，如图图3-5-1所示所示图图3-5-1链式反应的条件：链式反应的条件：(1)利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂过程中，又会放出更利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂过程中，又会放出更多中子，这些中子再去轰击更多铀核，产生更多中子，形成了多中子，这些中子再去轰击更多铀核，产生更多中子，形成了链式反应链式反应(2)临界体

7、积：临界体积：原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，就有可能碰不到铀核而跑到铀块外面去，中子在铀块中通过时，就有可能碰不到铀核而跑到铀块外面去，链式反应不能继续只有当铀块足够大链式反应不能继续只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应进行下去能够发生链式反应的最小体积，叫做它的临界体应进行下去能够发生链式反应的最小体积，叫做它的临界体积积二、核电站二、核电站核反应堆核反应堆原子弹原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内

8、释放出来如图杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来如图3-5-2核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应现在世界上已有不少国利用，因此核电站是可控的链式反应现在世界上已有不少国家建有核电站，我国已建成使用和正在建设的核电站必将为现家建有核电站，我国已建成使用和正在建设的核电站必将为现代化的建设提供能源保障代化的建设提供能源保障图图3-5-2核反应堆核反应堆核电站的心脏核电站的心脏裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能

9、较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理如下表：原理如下表：控制棒控制棒镉镉吸收减速后的中子，控吸收减速后的中子，控制反应速度制反应速度反射层反射层石墨石墨阻止中子逃逸阻止中子逃逸热交换器热交换器水水产生高温蒸气，推动汽产生高温蒸气，推动汽轮发电机发电轮发电机发电防护层防护层金属套和钢金属套和钢筋混凝土筋混凝土防止射线对人体及其他防止射线对人体及其他生物体的侵害生物体的侵害【典例典例1】为使为使链式反应平稳进行，可采用下列的办法链式反应平稳进行，可采用下列的办法()A铀块可制成任何的体积铀块可制成任何的体积B.铀核裂变释放的中子可直接去

10、轰击另外的铀核铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C通过慢化剂将产生的中子减速通过慢化剂将产生的中子减速D用镉棒可作为慢化剂使中子减速用镉棒可作为慢化剂使中子减速对核裂变和链式反应的理解对核裂变和链式反应的理解 解析解析由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积，故由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积，故A错错误，铀核裂变释放出的为快中子，不能直接再去轰击铀核，必须误，铀核裂变释放出的为快中子，不能直接再去轰击铀核，必须用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C正确，正确，B、D错误错误答案答案C了解核电站及核能发电了解核电站及核能发电

11、 因此因此1 kg铀铀235完全裂变产生的能量约为完全裂变产生的能量约为Enm931.5 MeV2.5610240.212931.5 MeV5.061026 MeV.答案答案(1)4090(2)5.061026 MeV【变式变式2】原子反应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，堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要有哪四部分组成它主要有哪四部分组成 ()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、碰撞系统和控制调节系统原子燃料、调速剂、碰

12、撞系统和控制调节系统D原子燃料、减速剂、原子能聚存系统和输送系统原子燃料、减速剂、原子能聚存系统和输送系统解析解析目前核反应堆组成有：原子燃料、减速剂、控制调节目前核反应堆组成有：原子燃料、减速剂、控制调节系统与冷却系统系统与冷却系统答案答案A贫铀弹贫铀弹天然铀中天然铀中，含有，含有238U、235U和和234U三种同位素，其中三种同位素，其中235U仅占仅占0.72%,238U占绝对优势，而只有占绝对优势，而只有235U才能用于核裂变反应，因此制才能用于核裂变反应，因此制造核武器和核电站燃料的天然铀必须加工处理成富含造核武器和核电站燃料的天然铀必须加工处理成富含235U的浓缩铀，的浓缩铀，获取浓缩铀后剩余的轴中获取浓缩铀后剩余的轴中235U含量更低，这种含量更低，这种235U含量比天然铀更含量比天然铀更低的铀叫贫铀低的铀叫贫铀