物理裂变和链式反应.ppt

6. 核 裂 变 第十九章 原子核 重点：1.裂变和链式反应及裂变方程的书写. 2.了解核反应堆和核能的应用. 难点：临界质量和链式反应速度的控制. 一、核裂变 1.核裂变：重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原 子核，并放出核能的过程. 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23592U+10n → 14456Ba+ 8936Kr+310n. 1938年12月，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步． 常见的裂变方程： ①23592U+10n→13654Xe+9038Sr+1010n ②23592U+10n→14156Ba+9236Kr+310n 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. 二、链式反应 3.链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中 子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂 变的链式反应. 4.链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于临界体积或裂 变物质的质量大于临界质量. 三、核电站 1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要 由以下几部分组成： (1)燃料：铀棒. (2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重 水或普通水作慢化剂. (3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法调节中子 的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子 的特性，就可以容易地控制链式反应的速度. 2.工作原理：核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高. 3.能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电. 4.核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和放射性物质对 水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需 要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线， 核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下. 【要点整合】 1.反应堆工作原理 (1)在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围. (2)镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒.控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒的升降，就能使反应堆安全正常地工作. (3)核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电.发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面. 2.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少. (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大. (3)对环境的污染要比火力发电小.