62核裂变和裂变反应堆.ppt

* 知识回顾 ＋ ＋ 衰变 人工转变 导入新课 核电站中的核反应堆 秦山核电站 想了解它们吗？ Let us go！！！ 第二节 核裂变 裂变反应堆 和 教学目标 1、知识与能力 知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。 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。 知道什么是链式反应。 2、过程与方法 3、情感态度与价值观 通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力。 激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度。 确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。 教学重难点 1、重点 2、难点 链式反应及其释放核能的计算。 重核裂变核反应方程式的书写。 通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。 本节导航 1、裂变和链式反应 2、核反应堆 3、核电站 通过前面的学习，核反应中有些可以释放出能量，有些要吸收能量，什么样的核反应会放出能量呢？ 想一想 物理学家发现，不仅核子结合成原子时核时有质量亏损，会放出核能，有些重核分裂成中等质量的核时也会发生质量亏损，同时放出巨大的核能。 想一想 想一想，这又是为什么呢？ 生成物 反应物 核反应示意图 核子数 核子数 ＝ 核子的平均质量 原子核质量 核子数 ＝ 精确的研究表明，原子核的质量虽然随着原子序数Z的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系。人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量）如下页的图。 从图中可以看出，铁原子核中原子的平均质量最小。如果原子序数较大的重核分裂成原子序数小小一些的核B和C，或者原子序数很小的轻核D、E结合成一个原子序数大些的F核，都会有质量亏损，都会放出巨大的核能。 核子平均质量 核子的平均质量与原子序数之间的关系 E D C B F A Fe O Z 重核分裂成中等质量的核时，释放出核能的反应称为核裂变（nuclear fission）。 名词解释 由于重核的不稳定性，有的重核会发生自发裂变，但这种裂变中核能释放的过程进行得极其缓慢，功率很小。 例如，在自发裂变情况下，1g铀238要经过45亿年才剩下0.5g，再经过45亿年剩下0.25g……如此缓慢地释放何能是毫无价值的。 想一想 怎样让释放的核能有价值呢？ 1939年12月，德国科学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反应是裂变成钡和氪，同时放出三个中子。核反应方程为： 哈恩 铀235的裂变 裂变时会释放出巨大的核能。在上述裂变的前后的质量亏损为 △m=0.358×10-27kg 释放的核能为 △E=△m·c2=201MeV 铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。一般说来，铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV. 可以估计，如果1kg铀全部裂变，它放出的能量约为2000t优质煤完全燃烧时释放的能量。 一般说来，铀核裂变时总要释放出2～3个中子，这些中子又引起其他的铀核裂变并释放更多的中子，这样裂变就会自动的不断进行下去，释放出越来越多的能量，这一过程称为链式反应（chain reaction）。 中子 中子 铀235裂变 如果不对链式反应进行控制，雪崩式的链式反应就会在瞬间发生，数量巨大的铀核在不到百万分之一秒内全部全部裂变会放出惊人的能量，并形成剧烈爆炸。 原子弹原理 原子弹爆炸 原子弹 怎样想办法让链式反应中释放的巨大能量为我们所用而又不引发爆炸呢？ 想一想 我们应该让链式反应中产生的核能稳定释放，必须控制链式反应进行的速度。 核反应堆（nuclear reactor）是一种实现可控链式反应的装置，它可以使堆内的链式反应以一定的强度进行下去，从而稳定的释放核能。 1945年，世界上那个第一个实验核反应堆建成。 核反应堆的类型多种多样，根据反应堆的工作原理，主要分为以下两类： 慢中子反应堆 目前广泛应用的实用核反应堆 快中子增殖反应堆 目前正在研究和试验的核反应堆 ① 慢中子反应堆 堆中的核反应主要是铀235吸收慢中子后发生的裂变。 第一，铀裂变时产生的中子大都为快中子，而铀235易俘获慢中子而不易俘获快中子。因此，需用慢化剂使裂变中放出的快中子减速，成为可以诱发铀235裂变的慢中子（又称热中子），从而维持链式反应。常用的减速剂有轻水（普通水