[学习目标] 1.知道什么是核裂变.2.知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能.3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及如何防止核污染． 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＋10 n→14456Ba＋8936Kr＋310n.
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
(1)铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量．
(2)有足够数量的慢中子．
二、核电站
1．核能释放的控制
通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆．
2．慢化剂
反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水．
3．控制棒
为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．
4．能量输出
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物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．
5．核污染的处理
在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下．
[即学即用]判断下列说法的正误．
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．(×)
(2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(√)
(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．(×)
(4)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变．(×)
(5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．(√)
(6)核反应堆用过的核废料无毒无害．(×)
一、核裂变及链式反应
[导学探究]如图1为铀核裂变示意图．
图1
(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程．
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
答案(1)当中子进入后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应．
235
U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n
92
(2)铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应．
[知识深化]
1．常见的裂变方程
(1)23592 U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210n
(2)23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n
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．
(2)有足够浓度的.
(3)有足够数量的慢中子．
3．铀的同位素中比铀238更易发生链式反应．
例1铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是()
A．铀块的质量是重要因素，与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀的质量无关
答案 C
解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积时则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．
针对训练1核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592U是核电站常用的核燃料.23592U受一个中子
轰击后裂变成14456Ba和8936Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．
答案3大于
解析由质量数和电荷数守恒可知：23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是裂变物质的体积必须大于或等于它的临界体积．
二、核电站
[导学探究]如图2所示为核反应堆示意图：
图2
(1)核反应堆中各部件的作用是什么？
(2)核电站发电有什么优点？
答案(1)镉棒：吸收中子，控制反应速度．
慢化剂：通常采用石墨、重水和普通水．作用是降低中子速度，便于吸收．
铀棒：发生链式反应，产生能量．
保护层：是很厚的水泥外壳，屏蔽射线，防止放射性污染． (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所提供的能量大． ③对环境的污染要比火力发电小． [知识深化]
1．核电站的主要组成：核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是，它的主要部件列表如下：
2.反应堆工作原理：
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图3为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(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，便于的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围．
图3
(2)控制棒：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插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．
(3)冷却剂：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，把热量传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．
(4)保护层：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．
3．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所提供的能量大．
(3)对环境的污染要比火力发电小．
例2秦山核电站第三期工程的两个6×105 kW发电机组已实现并网发电，发电站的核能来源于23592U的裂变，下列说法正确的是()
A．反应堆中核反应速度通常是采用调节23592U的体积来控制的
B.23592U的一种可能裂变是23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210n
C.23592U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短
D．虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重
答案 B
解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；23592U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；核电对环境的污染比火电小，D错．
针对训练2(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是()
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
答案ABD
解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；水或液态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，控制温度，故D正确．
三、重核裂变释放核能的计算
[导学探究]下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程：235
U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知铀
92
235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中质量亏损是多少？释放的总能量是多少？
答案亏损质量是反应前的总质量减去反应后的总质量：
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u＝0.150 7 u
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