20xx粵教版高中物理選修3-5第四章裂變和聚變核能利用小粒子與大宇宙(已修改)
2024-12-25 13:25 本頁面
【正文】 學(xué)案 7 小粒子與大宇宙 (略 ) [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 ] .及發(fā)生條件 .，能計算核反應(yīng)釋放的能量 .變反應(yīng)堆的工作原理，了解常用裂變反應(yīng)堆的類型，知道核電站工作模式． 1．核反應(yīng)方程遵循 質(zhì)量數(shù) 守恒和 電荷數(shù) 守恒． 2．核能運(yùn)算： Δ E＝ Δ mc2. (1)若 Δ m單位為 kg，則 Δ E的單位為 J； (2)若 Δ m單位為 u，則 Δ E的單位為 MeV，可直接利用 Δ E＝ Δ m MeV計算核能． 3．重核的裂變 (1)核裂變：重核被中子轟擊后分裂成兩個質(zhì)量差不多的 較輕原子核 ，并放出 核能 的過程． (2)鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是 235 92U＋ 10n→ 144 56Ba＋ 8936Kr＋ 310n. (3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)． (4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于 臨界體積． 4．核聚變 (1)定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量 較大 的核，這樣的核反應(yīng)叫做核聚變．輕核聚變必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫 熱核反應(yīng)． (2)能量變化：輕核聚變后，平均結(jié)合能 增加 ，反應(yīng)中會 釋放 能量． (3)核反應(yīng)舉例 ： 21H＋ 31H→ 42He＋ 10n＋ MeV. (4)核反應(yīng)條件：必須使原子核的距離達(dá)到 10－ 15 m以內(nèi)，為達(dá)到這么近的距離，一般需要在 高溫 下進(jìn)行． 5．核能的利用 利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是 核反應(yīng)堆 ，它主要由以下幾部分組成： (1)燃料： 鈾棒 ； (2)減速劑：鈾 235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用 石墨 、 重水 作減速劑； (3)控制棒：利用鎘 吸收中子的能力很強(qiáng) 的特性，在反應(yīng)堆中采用插入鎘棒 的方法控制 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度． (4)冷卻系統(tǒng)：利用 水或液態(tài)的金屬鈉 等流體作為冷卻劑，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆中的熱量傳輸出去 . 一、核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng) [問題設(shè)計 ] (1)鈾核裂變是如何發(fā)生的？ (2)鈾核裂變在自然界中能自發(fā)進(jìn)行嗎？ 答案 (1)鈾核的裂變 ① 核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾 235后，便形成了處于 激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動，使核變成不規(guī)則的形狀． ② 核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時放出 2～ 3個中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)． (2)重核的裂變只能發(fā)生在人為控制的核反應(yīng)中，自然界不會自發(fā)地發(fā)生．鈾核裂變不會自發(fā)地進(jìn)行，要使鈾核裂變，首先要利用中子轟擊鈾核，使鈾核分裂，分裂產(chǎn)生更多的中子，這些中子繼續(xù)與其他鈾核發(fā)生反應(yīng)，再引起新的裂變，這樣就形成了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)． [要點(diǎn)提煉 ] 1．鈾 核裂變 用 中子 轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中兩種典型的反應(yīng)是 235 92U＋ 10n→ 144 56Ba＋ 8936Kr＋ 310n； 235 92U＋ 10n→ 136 54Xe＋ 9038Sr＋ 1010n. 2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 由 重核裂變產(chǎn)生的 中子 使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)． 3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件 (1)鈾塊的體積 大于 臨界體積． (2)有足夠數(shù)量的 慢 中子． 二、裂變過程中核能的分析與計算 [問題設(shè)計 ] 重核裂變?yōu)槭裁茨茚尫藕四?？人們獲得核能的途徑有哪些？通過圖 1說明． 圖 1 答案 中等質(zhì)量的原子核的核子的平均質(zhì)量較小，重核和輕核的核子的平均質(zhì)量較大．如果原子序數(shù)較大的重核 A分裂成原子序數(shù)小一些的核 B和 C，會有 質(zhì)量虧損，放出巨大的核能． 獲得核能的主要途徑：一是重核裂變，二是輕核聚變． [要點(diǎn)提煉 ] 鈾核裂變釋放核能的計算 1．首先算出裂變反應(yīng)中發(fā)生的質(zhì)量虧損 Δ m. 2．根據(jù) Δ E＝ Δ mc2計算釋放的核能 計算時要注意 Δ m與 Δ E單位的對應(yīng)關(guān)系：若 Δ m用 kg做單位，則 Δ E用 J做單位；若 Δ m用 u做單位，則 Δ E用 MeV做單位， 1 u相當(dāng)于 MeV 的能量． 3．若計算一定質(zhì)量的鈾塊完全裂變時放出
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