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课题 第七章 核能及应用 第二节 核能 核技术 1课时 教 学 目 标 知识目标 1. 了解重核裂变和轻核聚变； 2. 了解核电站的工作原理； 3. 了解人类研究受控核聚变的进展情况。 能力目标 1. 通过对核技术的学习，了解核能发电的方法； 2. 通过对本节的学习，提高分析核能利用等问题的能力； 3. 通过对裂变和聚变的学习，能领会核能对国家安全的重大意义。 情感目标 1. 通过对核发电技术的学习，了解发展核电对人类能源和环境保护问题的意义； 2. 通过对我国在核技术研究领域所取得的成就的了解，增强民族自豪感。 重点 重核裂变和轻核聚变；核电站的工作原理 难点 质量亏损 教具 多媒体展示系统 主要教学过程 学生活动 教 学 过 程 设 计 一、引入课题 用多媒体展示系统展示教材图712。 提问：按照我国的《核电中长期发展规划》，到2020年，全国要建成核电机组为4 000万千瓦的核电站，装机容量占电力总装机容量的比例将达到4％，如图所示为正在建设中的红沿河核电站的规划效果图。我国为什么要加强核电站的建设呢？ （一般情况下，学生回答不出来或回答不准确） 引入课题： 要想了解上面的问题，我们就要学习今天的课程——第二节 核能 核技术。 二、重核裂变 1939年12月，德国物理学家哈恩（1879－1968）和他的助手斯特拉斯曼（1902－1980）发现，用中子轰击元素周期表中的第92号元素铀时，铀核发生了分裂，变成了钡、镧等一些中等质量的原子核。后来科学家们把这种重原子核分裂成两个中等质量原子核的过程，叫作裂变。 科学家们发现，比反应前的反应物的总质量减少，这种现象叫作质量亏损。 爱因斯坦的质能方程指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系。重核裂变时出现质量亏损，必然要放出能量。我们把这种在核反应中放出的能量叫作核能。经过计算发现，如果1 kg铀全部裂变放出的核能相当于2 500 t优质煤完全燃烧释放的化学能。 用多媒体展示系统展示教材图713。 由于一般情况下，铀核裂变时总要释放出2～3个中子，这些中子又会引起其他铀核的裂变，这样，裂变反应就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量，这就是链式反应，如图所示。 铀块的体积对于产生链式反应是一个重要因素。因为原子核非常小，如果铀块的体积不够大，中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了。能够发生链式反应的铀块的最小体积叫作临界体积。 用多媒体展示系统展示教材图714。 如果铀的体积超过了临界体积，只要有中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反应，在不到百万分之一秒内就会释放出惊人的核能，形成剧烈的爆炸。这就是原子弹的原理。如图所示为我国第一颗原子弹于在西部地区爆炸成功。 用多媒体展示系统展示教材图715。 原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆。反应堆用浓缩铀作为核燃料，用石墨、重水或普通水作为中子的减速剂，用易于吸收中子的金属镉成控制棒，控制裂变反应速度，反应堆的示意图如图所示。当反应过于激烈时，使镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，反应速度就会慢下来。用计算机自动地调节镉棒的升降，就能使反应堆保持一定的功率安全地工作。 用多媒体展示系统展示教材图716。 反应堆工作时，核燃料裂变释放出的核能转变为热能，使反应堆的温度升高。为了控制反应堆的温度，使它能正常工作，需要用水等流体作冷却剂，在反应堆内外循环流动，不断地带走热能。这些热能将水转变为蒸汽，蒸汽又推动蒸汽轮机发电。核电站的工作原理示意图如图所示。 为了防止铀核裂变过程中放出的各种射线对人体的危害，在反应堆的外面要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来。对放射性的核废料，要装入特制的容器，埋入地层深处。 核电站消耗的燃料很少，一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要消耗250万吨左右的煤。因此，与火电相比，核电是一种技术成熟的清洁能源，对环境的污染微乎其微。以核电替代部分煤电，不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量，而且是电力工业减排污染物的有效途径，也是减缓地球温室效应的重要措施。 用多媒体展示系统展示教材图717。 8座核电站，15台核电机组投入商业运行，装机总容量达到1 357万千瓦，核电发电量（2013年4月）占全国总发电量的1.3％，一些新的核电站 (浙江三门、山东海阳、广东阳江、福建宁德等) 正在建设中。预计到2020年，我国还将建设30台以上的百万级核电机组，核电装机容量将达到5 800万千瓦，核电在全国发电装机容量中的比例将占到5%。图7-17为我国江苏田湾核电站一景。 三、轻核聚变 还有另外一种生产核能的方