讲学案：5.4核裂变与核聚变.docxVIP

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第五章原子核

第4节核裂变与核聚变

【核心素养目标】

物理观念

知道什么是核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件.

科学思维

会书写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能.

科学探究

了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度．

科学态度与责任

通过核裂变与核聚变知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。

知识点一核裂变及链式反应

【情境导入】

如图为铀核裂变示意图．

(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程．

(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？

【知识梳理】

1．核裂变：铀核在被轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变．

2．铀核裂变

用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n.

3．链式反应

中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的反应．

4．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生反应的体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量．

【重难诠释】

1．典型的核裂变方程

(1)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(139,54)Xe＋eq\o\ar(95,38)Sr＋2eq\o\ar(1,0)n

(2)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n

2．核能的释放

由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，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．

3．链式反应发生的条件

(1)铀块的体积大于或等于临界体积．

(2)有足够浓度的铀235.

(3)有足够数量的慢中子．

4．核裂变反应的能量大小

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全部发生核裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能．

【典例精析】

例1．铀核裂变的许多核反应中的其中一个是eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\ar(92,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n.

(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量(eq\o\ar(235,92)U、eq\o\ar(141,56)Ba、eq\o\ar(92,36)Kr、eq\o\ar(1,0)n的质量分别为235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u,1u相当于931.5MeV能量)；

(2)1kg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2.94×107J/kg)

知识点二核电站

【知识梳理】

1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是，它主要由以下几部分组成：

(1)核燃料：．

(2)慢化剂：、和普通水(也叫轻水)．

(3)控制棒：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，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作．

2．工作原理

核燃料发生释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外，把反应堆内的传输出去，用于，同时也使反应堆冷却．

3．核污染的处理

在反应堆的外面需要修建很厚的，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的，需要装入特制的容器，．

【重难诠释】

1．核电站的主要部件及作用

组成部分

材料

作用

裂变材料(核燃料)

浓缩铀

提供核燃料

减速剂(慢化剂)

石墨、重水或普通水(也叫轻水)

使裂变产生的快中子减速

控制棒

镉棒

吸收中子，控制反应速度

热交换器

水或液态的金属钠

传输热量

防护层

厚水泥层

防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害

2.核电站发电的优点

(1)消耗