5.4~5.5核裂变和核聚变 核能的利用与环境保护 课件（共27张PPT）高中物理鲁教版选择性必修第三册第五章

(课件网) 5.4　核裂变和核聚变 5.5　核能的利用与环境保护 1.知道重核裂变中能释放出巨大的能量．　 2.了解常用裂变反应堆的类型．　 3.知道聚变反应的特点及其条件，并能计算核聚变释放的能量．　 4.了解可控热核反应及其研究和发展前景．　 5.了解核电站的构造和基本原理，了解核武器的种类．　 学习目标 1.定义：重核在被中子轰击后分裂成两个质量差不多的较轻原子核，并放出核能的过程. 2.铀核的裂变 (1)发现：1938年，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. (2)裂变产物：多种多样 ＋→＋＋2 ＋→＋＋3 一、重核裂变 3.链式反应 (1)定义：当中子进入，使其分裂成几块，同时释放出2~3个中子，这些中子又引起其它铀核的裂变，这样裂变就会不断的进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应. (2)必要条件：核裂变物质的体积大于或等于临界体积或核裂变物质的质量大于或等于临界质量. 原子弹 【例1】(多选)关于裂变反应，下列说法正确的是(　　) A.用中子轰击铀核发生裂变，其一定分裂为质量差不多的两部分 B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量 C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、三部分或四部分 D.所有重核用中子轰击均能发生裂变反应 解析：用中子轰击等少数重核元素才能发生裂变反应，铀核裂变时可能分裂为两部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率最大，A、D错误，C正确；铀核裂变为中等质量的原子核时一定释放能量，B正确. 答案：BC 1．核电站发电的主要原理：核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．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．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电相同． 二、反应堆与核电站 2．核反应堆———核电站的心脏：裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理见下表： 组成部分 材料 作用 裂变材料(核燃料) 浓缩铀(U) 提供核燃料 慢化剂(减速剂) 石墨、重水或普通水 使裂变产生的快中子减速 控制棒 镉 吸收减速后的中子，控制反应速度 反射层 石墨 阻止中子逃逸 热交换器 水 产生高温蒸汽，推动汽轮发电机发电 防护层 金属套和钢筋混凝土 防止射线对人体及其他生物体的侵害 3．核反应堆与原子弹爆炸的比较：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(核电站的核心设施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置． 【例2】在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能． (1)核反应方程式＋→＋＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为_____，a＝_____．以mU、mBa、mKr分别表示、 、核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少？ (2)有一座发电能力为P＝1.00×106 kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，核的质量mU＝390×10－27 kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的的质量． 解析：(1)由反应方程可知：X为，a为3，释放的能量为ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2． (2)因电站发电效率为40%，故电站消耗的功率为 P′＝＝ kW＝2.5×106 kW， 电站每年消耗的能量为 W＝P′t＝2.5×109×3.1 ... ...