高中物理选修3-5精品学案：19.6 核裂变

高中物理选修3-5

第6节 核裂变

学习目标 1.知道重核的裂变反应。 2.知道链式反应的产生条件。 3.了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型。 4.知道核电站的工作模式。

一、核裂变及链式反应

阅读教材第83～85页内容，知道重核裂变的产物及链式反应产生的条件。 1.核裂变：重核被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块的核反应。 2.铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样的，其中一种典

1891型的裂变是235→144 92U＋0n― 56Ba＋36Kr＋30n。

核心提炼 1个概念——核裂变 1个条件——链式反应条件 3.链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫核裂变的链式反应。

4.临界体积和临界质量：把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。

5.核裂变的能量：1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2__800__t标准煤完全燃烧时释放的化学能。 思考判断

(1)铀核裂变的产物是固定的，就是生成钡和氪，同时放出3个中子。( ) (2)裂变中放出的中子数目是固定的3个中子。( )

(3)只有铀块的体积大于临界体积时，才能够发生链式反应。( ) [答案] (1)× (2)× (3)√ 二、核电站

阅读教材第85～86页内容，了解核反应堆的工作原理。

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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、重水或普通水做慢化剂。

(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。镉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，让它多吸收一些中子，链式反应的速度会慢一些，这种镉棒叫做控制棒。 2.工作原理：核燃料裂变释放的能量，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。同时也使反应堆冷却。

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。 思考判断

(1)在核反应中，中子的速度越大越容易击中铀核。( ) (2)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。( ) (3)核反应堆用过的核废料无毒无害。( ) [答案] (1)× (2)√ (3)×

重核裂变与其释放核能的计算

[要点归纳] 1.常见的裂变方程

1951

(1)235→139 92U＋0n― 54Xe＋38Sr＋20n 1891(2)235→144 92U＋0n― 56Ba＋36Kr＋30n

2.链式反应发生的条件

(1)铀块的体积大于或等于临界体积。体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核。

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(2)有足够浓度的铀235。 (3)有足够数量的慢中子。 3.裂变反应的能量

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200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧释放的化学能，裂变时能产生几百万度的高温。 4.铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应。 [精典示例]

[例1] (多选)关于重核裂变的说法正确的是( )

A.重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多

B.只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应

C.为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子 D.裂变过程中释放能量，质量亏损 审题指导 解答本题时应注意以下三点： (1)原子核裂变时释放能量。 (2)链式反应的条件。 (3)核反应遵循的规律。

[解析] 重核裂变为两个中等质量的核时，会产生两到三个中子，因而分裂后的中子数减小，选项A正确；链式反应的发生是有条件的，铀块的体积必须大于其发生链式反应的临界体积，链式反应一旦发生，中子轰击铀核裂变产生的中子再次引起其他铀核的裂变，且能不断继续下去，选项B、C错；重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量对外释放，选项D正确。 [答案] AD

[针对训练1] 铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法正确的是( )

A.铀块的质量是重要因素，与体积无关

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B.为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子 C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生 D.裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关

[解析] 要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积或临界质量，故选项A、D错误，C正确；铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的几率小，故选项B错误。 [答案] C

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