重核裂变
学习目标
1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。
2．知道什么是链式反应。
3．会计算重核裂变过程中释放出的能量。
4．知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
学习重点
1．链式反应及其释放核能的计算。
2．重核裂变的核反应方程式的书写。
学习难点
通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。
自主学习
一、核裂变
1．定义：重核______为质量较小的核，释放出______的反应．
2．铀核的裂变：用______轰击铀核时，铀核发生了裂变，铀核裂变的产物是多种多样的，其中一种典型的反应是：
23589→144 92U＋______― 56Ba＋36Kr＋______.
3．链式反应：由重核裂变产生的________使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
4．临界体积和临界质量
裂变物质能够发生__________的最小体积及其相应的质量．
二、核电站
1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是__________，它主要由以下几部分组成：
(1)燃料：________________.
(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用______、______或普通水作慢化剂；
(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉__________的特性，就可以容易地控制链式反应的速度．
2．工作原理：核燃料______释放能量，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__________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．
4．核污染的处理：为避免________对人体的伤害和____________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________，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线．核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，__________. 例1、关于铀核裂变，下列说法正确的是
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
[思路点拨]
从铀核裂变的多样性及链式反应的条件等几个方面分析判断．
[解题指导]
铀核受到中子的轰击，会引起裂变．裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，也有的分裂成多块，并放出几个中子．铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率
小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积．综上所述，选项B、C正确．
(2009·威海模拟)目前我国已启动第三代核电自主化依托工程，确定三门核电站一号机组于2008年3月份开工，2009年3月浇筑第一罐混凝土，2013年8月首次并网发电，届时它将成为世界上第一台使用AP1000核电技术的核电站.235产生139 92U受中子轰击时会发生裂变， 5694Ba和36Kr，同时放出200 MeV的能量．现要建设发电能力是50万 kW的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料，假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质
－123量为多大？(阿伏加德罗常数取6.02×10 mol)
[思路点拨]
先计算出50万 kW的电站一天发生的电能，也就是一天所需的铀235释放的核能，再由重核裂变产生的核能进而求出所需铀235的质量．
[解题指导]
根据发电功率计算出每天应发电能的总量为：
E＝Pt＝24×3.6×103×50×107 J＝4.32×1013 J
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目为：
4.32×1013
24n个 －个＝1.35×102×10×1.6×10
则对应的质量为：
1.35×1024n－3m＝M＝235×10 kg≈0.527 kg. NA6.02×10答案：0.527 kg
1．关于重核的裂变，以下说法不正确的是( ) ．
A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少
D．所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应
19212．铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是 235→14192U＋0n― 56Ba＋36Kr＋30n.
141921(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量．( 23592U、 56Ba、36Kr、0n的质量分别为
－235.0439 u、140.9139 u、91.8973 u、1.0087 u．1 u＝1.6606×1027kg)
(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？它相当于燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94×107 J/kg)
3.现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：
02351A1→ 143 92U＋0n―60Nd＋ZZr＋30n＋8－1e＋ν
(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零．试确定生成物锆(Zr)的电荷数Z与质量数A；
(2)已知铀核的质量为235.0439 u，中子质量为1.0087 u，钕(Nd)核的质量为142.9098 u，
－锆核的质量为89.9047 u；又知1 u＝1.6606×1027 kg，试计算1 kg铀235大约能产生的能
量是多少．
自主学习
1一、1.分裂 核能 2.中子 10n 30n 3.中子 4.链式反应
二、1.核反应堆 (1)浓缩铀(235 92U) (2)石墨 重水 (3)吸收中子 2.裂变 3.循环流动
4.射线 放射性物质 水泥层 放射性 深埋地下
思考讨论 (1)消耗的“燃料”很少；
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所能提供的能量大；
(3)对环境的污染比火电站小．
应用提升
1．选ABCD 根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，因此其释放的能量是远大于其俘获中子时吸收的能量的．发生链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于临界体积．如果体积过小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中
239核子数是不会减少的，因此选项A、B、C均错．用中子轰击235 92U和 94Pu(钚)等少数几种重
元素才能发生裂变反应，D错误．
2．解析：(1)裂变反应的质量亏损为
Δm＝(235.0439＋1.0087－140.9139－91.8973－3×1.0087) u
＝0.2153 u.
一个铀235原子核裂变后释放的能量为
ΔE＝Δmc2＝0.2153×931.5 MeV≈200.6 MeV.
(2)1 kg铀235中含原子核的个数为
124N＝个， －个≈2.56×10235.0439×1.6606×10
1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量为
ΔEN＝NΔE＝2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV.
设q为煤的热值，M为煤的质量，有ΔEN＝qM，
－19266ΔE5.14×10×10×1.6×10所以M＝＝ kg≈2800 t. q2.94×10答案：(1)200.6 MeV (2)5.14×1026 MeV 2800 t
解析：(1)锆的电荷数Z＝92－60＋8＝40，
质量数A＝236－146＝90，
核反应方程中应用符号9040Zr表示．
1000(2)1 kg铀235的铀核数为n×6.02×1023个．不考虑核反应中生成的电子质量，1235
个铀核反应发生的质量亏损为Δm＝0.212 u,1 kg铀235完全裂变产生的能量约为
1000－E＝nΔmc2＝6.02×1023×0.212×931.5×106×1.6×1019 J≈8.09×1013 J. 235
答案：(1)40 90 (2)8.09×1013 J