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第十九章原子核第六节核裂变素养目标定位※知道什么是裂变※了解铀核的裂变特点※知道重核裂变能放出能量，知道链式反应※了解核电站的工作原理素养思维脉络1课前预习反馈2课内互动探究3核心素养提升4课内课堂达标5课后课时作业课前预习反馈知识点1重核的裂变1．定义使重核分裂成____________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____________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23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋________。中等质量人为控制310n1．定义重核裂变产生的________使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫链式反应。2．条件发生裂变物质的体积大于____________或裂变物质的质量大于____________。知识点2链式反应中子临界体积临界质量1．核电站的工作原理核电站的核心是____________，其简化示意图如图所示。各部分作用如下：知识点3核电站核反应堆(1)核燃料：反应堆使用浓缩铀(铀235占3%～4%)制成________作为核燃料，释放________。(2)减速剂：用______________________，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______制成，用以控制____________。(4)水泥防护层：反应堆外层是很厚的__________，可防止射线辐射出去。(5)热交换器：靠______和______________在反应堆内外的循环流动，把产生的热量传输出去。铀棒核能石墨、重水和普通水镉反应速度水泥壁水液态金属钠2．核电站与火电站相比有何优缺点(1)优点：①核电站消耗的燃料________。②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量________。③火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放出的污染物要__________。(2)缺点：①一旦核泄漏会造成严重的__________。②核废料处理____________。很少很大少得多核污染比较困难『判一判』(1)只要铀块的体积大于临界体积，就可以发生链式反应。()(2)中子从铀块中通过时，一定发生链式反应。()(3)重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小。()(4)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。()(5)核反应堆用过的核废料无毒无害。()思考辨析×××√×『选一选』山东荣成石岛湾核电站总装机规模400万千瓦。核电站与火电站相比较，下列说法错误的是()A．核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭C．在经济效益方面核电与火电不相上下D．核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理解析：核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A正确；就可采储量所提供的能量来说，核燃料资源远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B错误；在经济效益方面核电与火电不相上下，C正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D正确。B『想一想』如图为核裂变示意图。(1)重核裂变是一种天然现象吗？(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？答案：(1)不是(2)不能解析：重核的裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，只有达到链式反应的条件时，才会发生重核的裂变。课内互动探究探究一重核的裂变及链式反应1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1600m范围内所有动植物全部死亡1(1)巨大的核能是从哪里来的？(2)在利用重核裂变制成的原子弹中，需不需要用镉制成的控制棒？提示：(1)铀核的裂变(2)不需要1．铀核的裂变(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)常见的裂变方程：①23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n②23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n2．链式反应的条件(1)要有足够浓度的235U(2)要有足够数量的慢中子(3)铀块的体积要大于临界体积3．裂变反应的能量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度的高温。关于重核裂变，下列说法正确的是()A．重核裂变成中等核要吸收能量B．中子进入铀块中时，一定能发生链式反应C．重核裂变过程中质量数减少D．较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出核能D典例1解题指导：裂变反应特点―→规律―→发生条件解析：中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定。如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量。由此知A错误，D正确；当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出中子，放出的中子如果能引起其他铀核裂变，链式反应才能进行，B错误；核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，C错误。〔对点训练1〕(2018·河北省邯郸市高三模拟)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应式是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n。下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响AC解析：裂变反应式中的10n为中子，铀块只有体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，A、C对B错；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，D错。探究二核电站如图所示为核电站工作流程示意图(1)核电站的核心设施是什么？(2)核电站是如何实现能量的转化与转移的？提示：(1)核电站的核心设施是核反应堆。(2)通过热交换器将核反应中产生的热量输送出来，推动汽轮机工作。2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，裂变反应堆的结构和工作原理如下表所示：组成部分材料作用裂变材料(核燃料)浓缩铀(U)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速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特别提醒：在利用核反应堆发电时，一定要注意安全防护，历史上曾经有过核电站泄漏事故。典例2(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解题指导：深入理解核反应堆的工作原理，是处理该类问题的关键。解析：根据铀235的特点，它更容易吸收慢中子而发生裂变，A错误；在反应堆中减速剂的作用就是减少快中子能量从而更易让铀235吸收裂变，B正确；链式反应的剧烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉控制棒可以吸收中子，因而可以控制核反应的快慢，即插入的深，吸收的多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误。〔对点训练2〕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，它主要由四部分组成，它们是()A．原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、慢化剂、碰撞系统和传热系统D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统解析：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，它主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统四部分组成，故A正确。A核心素养提升1．核能的应用原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来。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。2．核能的计算(1)若以kg为质量亏损Δm的单位，则计算时应用公式ΔE＝Δmc2(2)若以原子单位“u”为质量亏损单位，则ΔE＝Δm×931.5MeV(3)两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1MeV＝1×106×1.6×10－19J＝1.6×10－13J核能的利用与计算案例山东烟台海阳核电站项目，一期工程建设两台125万千瓦AP1000核电机组，于2016年并网发电。如果铀235在中子的轰击下裂变为9038Sr和13654Xe，质量mU＝235.0439u，mn＝1.0087u，mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u。(1)写出裂变方程；(2)求出一个铀核裂变放出的能量；(3)若铀矿石的浓度为3%，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？解析：(2)裂变过程的质量亏损Δm＝mU＋mn－mSr－mXe－10mn＝0.1507u释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.1507×931MeV≈140.3MeV(3)核电站一年的发电量E＝Pt＝2×125×107×365×24×60×60J＝7.884×1016J由E＝NΔE＝m·3%MNAΔE，得m＝EM3%·NAΔE＝7.884×1016×2353%×6.02×1023×140.3×106×1.6×10－19g≈4.57×107g＝45.7t答案：(1)23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋1010n(2)140.3MeV(3)45.7t