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6核裂变1.知道什么是核裂变,能计算核裂变释放的核能。2.知道什么是链式反应及链式反应的发生条件。3.了解裂变反应堆的工作原理,了解常用裂变反应堆的类型。一二一、核裂变1.裂变:重核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的新原子核,并释放出核能,这类核反应叫原子核的裂变。2.典型核反应方程式:裂变的产物是多样的,其中最典型的反应是铀核裂变生成钡和氪,同时放出3个中子。核反应方程式为3.链式反应:当一个中子引发一个铀核裂变后,反应释放出的中子又轰击其他原子核产生裂变,释放出的中子又轰击其他铀原子核……这样的反应一代接一代进行下去的过程,叫作裂变的链式反应。92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n。一二4.临界体积和临界质量:通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积,相应的质量叫作临界质量。5.发生链式反应的条件:裂变物质的体积必须大于或等于临界体积,或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量。原子弹爆炸时发生了什么样的核反应?提示：重核裂变的链式反应。原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的,在极短时间内能够释放大量核能,发生猛烈爆炸。一二二、核电站1.原子核的链式反应也可以在人工控制下进行。这样,释放的核能就可以为人类的和平建设服务。2.反应堆中,为了使裂变产生的中子减速,在铀棒周围要放“慢化剂”,常用的慢化剂有石墨、重水和普通水。3.为了调节中子数目以控制反应速度,还需要在铀棒之间插进一些镉棒。它吸收中子的能力很强,这种镉棒叫作控制棒。4.反应堆放出的热使水变成水蒸气,从而推动汽轮发电机发电。一二一、铀核的裂变1.两种典型的裂变反应:92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n92235U+01n→3895Sr+54139Xe+201n2.92235U核裂变释放的能量是巨大的,比结合能是7.5MeV。而中等质量的核的比结合能是8.5MeV,裂变反应中每个核子释放的能量约1MeV。3.链式反应的条件: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。一二4.重核裂变的实质。(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核,使之分裂成中等质量的原子核,同时释放大量的能量,放出更多的中子的过程。(2)重核的裂变是放能核反应,原因是核反应前后质量有亏损,根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小。所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量,而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。一二二、裂变反应堆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,可以使核能较平缓地释放出来,裂变反应堆的结构和工作原理如下表:一二组成部分材料作用裂变材料(核燃料)浓缩铀(92235U)提供核燃料慢化剂(减速剂)石墨、重水或普通水使裂变产生的快中子减速控制棒镉吸收减速后的中子,控制反应速度反射层石墨阻止中子逃逸热交换器水产生高温蒸汽,推动汽轮发电机发电防护层金属套和钢筋混凝土防止射线对人体及其他生物体的侵害类型一类型二对重核裂变的理解【例题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.重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能类型一类型二解析:根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知,裂变时铀核俘获中子即发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程。其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量。链式反应是有条件的,即铀块的体积必须不小于其临界体积,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。在裂变反应中质量数、电荷数均守恒,即核子数守恒,所以核子数是不会减少的。因此选项A、B、C均错误。重核裂变为中等质量的原子核时,发生质量亏损,从而释放出核能,故选D。答案:D题后反思重核裂变时,存在质量亏损,会释放出核能;同其他核反应相同,重核裂变同样遵循质量数和电荷数守恒。类型一类型二裂变反应中核能的计算【例题2】若92235U俘获一个中子裂变成3890Sr及54136Xe两种新核,且三种原子核的质量分别为235.0439u、89.9077u和135.9072u,中子质量为1.0087u(1u=1.6606×10−27kg,1u相当于931.50MeV)。(1)写出铀核裂变的核反应方程;(2)求9.2kg纯铀235完全裂变所释放的能量。(结果保留两位有效数字)点拨:利用核反应规律书写核反应方程,利用质能方程计算核能。类型一类型二解析:(1)92235U+01nSr+54136Xe+1001n。(2)因为一个铀核裂变的质量亏损Δm=(235.0439u+1.0087u)-(89.9077u+135.9072u+10×1.0087u)=0.1507u故9.2kg的铀裂变后总的质量亏损为Δm'=6.02×1023×0.1507×9.2×103235u≈3.55×1024u所以ΔE'=3.55×1024×931.50MeV=3.3×1027MeV。答案:(1)92235U+01nSr+54136Xe+1001n(2)3.3×1027MeV类型一类型二题后反思(1)利用裂变方程和质能方程求得的是一个铀核裂变释放的核能。(2)求一定质量的纯铀裂变释放的核能要先求出铀核的数目。(3)计算核能时要注意统一单位。触类旁通例题2(2)中释放的核能相当于多少千克优质煤完全燃烧时放出的能量?(1kg优质煤完全燃烧时产生3.4×107J的热量)答案:1.55×107kg