2016新課標(biāo)三維人教物理選修3-5 第十九章 原子核 第6節(jié) 核 裂 變

1、版權(quán)所有:中國(guó)好課堂第6節(jié)核_裂_變1核裂變：重核分裂為質(zhì)量較小的核，釋放出核核裂變：重核分裂為質(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)。能的反應(yīng)。2鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)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。一代接一代繼續(xù)下去的過程。3鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于臨鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于臨界體積，或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。界體積，或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。一、核裂變

2、一、核裂變1核裂變核裂變重核被重核被中子中子轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原子核，并放出轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原子核，并放出核能核能的過程。的過程。2鈾核裂變鈾核裂變用中子轟擊鈾核時(shí)，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)是用中子轟擊鈾核時(shí)，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U＋n→Ba＋Kr＋3n。2359210144568936103鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)當(dāng)一個(gè)中子引起一個(gè)重核裂變后，裂變釋放的中

3、子再引起其他重核裂變，且能不斷繼當(dāng)一個(gè)中子引起一個(gè)重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續(xù)下去，這種反應(yīng)叫核裂變的續(xù)下去，這種反應(yīng)叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。4鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于臨界體積臨界體積或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量臨界質(zhì)量。二、核電站二、核電站1核能釋放的控制核能釋放的控制通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)核能釋放的裝置稱為通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)

4、核能釋放的裝置稱為核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆。2慢化劑慢化劑反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周圍要放反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑慢化劑”，常用的慢化劑，常用的慢化劑版權(quán)所有:中國(guó)好課堂對(duì)鈾核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析對(duì)鈾核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析1鈾核的裂變和裂變方程鈾核的裂變和裂變方程(1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾核子受激發(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)核中由于核后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)

5、的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)則的形狀。子的激烈運(yùn)動(dòng)，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(shí)放出作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出2或3個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。就會(huì)不

6、斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。(3)常見的裂變方程：常見的裂變方程：①U＋n→Xe＋Sr＋2n。235921013954953810②U＋n→Ba＋Kr＋3n。2359210144568936102鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1)鈾塊的體積大于臨界體積。鈾塊的體積大于臨界體積。(2)鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。以上兩個(gè)條件滿足一個(gè)，則另一個(gè)條件自動(dòng)滿足。以上兩個(gè)條件滿足一個(gè)，則另一個(gè)條件自動(dòng)滿足。3裂變反應(yīng)的

7、能量：裂變反應(yīng)的能量：鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量。鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量。一個(gè)鈾一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按核裂變時(shí)釋放的能量如果按200MeV估算，估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相全部裂變放出的能量相當(dāng)于當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。4鈾235比鈾比鈾238更易發(fā)生

8、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在天然鈾中，主要有兩種同位素，在天然鈾中，主要有兩種同位素，99.3%的是鈾的是鈾238，0.7%的是鈾的是鈾235，中子能引起這，中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變，但它們和中子發(fā)生作用的情況不同。兩種鈾核發(fā)生裂變，但它們和中子發(fā)生作用的情況不同。(1)鈾235：俘獲各種能量的中子都會(huì)發(fā)生裂變，且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率：俘獲各種能量的中子都會(huì)發(fā)生裂變，且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大。大。(2)鈾238：只

9、有俘獲能量大于：只有俘獲能量大于1MeV的中子才能發(fā)生裂變，且裂變的幾率小。能量低的中子才能發(fā)生裂變，且裂變的幾率小。能量低于1MeV的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞，不引起裂變。因此，為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞，不引起裂變。因此，為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好利用純鈾最好利用純鈾235。[典例典例]1938年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪、氪(Kr)、中子