6 核裂变
[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、核裂变和链式反应
[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？ 答案 铀核的裂变
(1)核子受激发：当中子进入铀235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．
(2)核子分裂：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．
2．铀核裂变在自然界中能自发进行吗？
答案 重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生，故铀核裂变不会自发地进行．要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应． [知识梳理] 对核裂变和链式反应的理解 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
1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＋0891n→ 14456Ba＋36Kr＋30n. 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，叫做核裂变的链式反应．
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．
[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，同时放出三个中子．( × ) 二、核电站 [知识梳理]
1．核电站是利用核能发电，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、重水或普通水作慢化剂； (3)控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的能力很强的特性，控制链式反应的速度． 2．工作原理
核燃料裂变释放能量，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
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)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．( √ ) (2)核反应堆用过的核废料无毒无害．( × )
一、重核裂变与其释放核能的计算 1．常见的裂变方程
1951
(1) 235→ 13992U＋0n―54Xe＋38Sr＋20n 1891(2) 235→ 14492U＋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． (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． 例1 关于重核的裂变，下列说法正确的是( ) 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的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少 D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能 答案 D
解析 核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C错误．
重核裂变的实质：
(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程．
(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能比中等质量的核的比结合能要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．
14192
例2 用中子轰击铀核(235 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡( 56Ba)和氪(36Kr)两部分，放
出3个中子．各个核和中子的质量如下： mU＝390.313 9×10
－27
kg，mn＝1.674 9×10
－27
kg；
－27
mBa＝234.001 6×10
－27
kg，mKr＝152.604 7×10 kg.
试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．
235921答案 1→1410n＋ 92U― 56Ba＋36Kr＋30n 3.220 2×10
－11
J
解析 根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．
235921铀核裂变方程为1→1410n＋ 92U― 56Ba＋36Kr＋30n，
则核反应前后的质量亏损为
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝3.578×10
11
－28
kg，
－28
由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.578×10 J.
铀核裂变释放核能的计算
(1)首先算出裂变反应中的质量亏损Δm. (2)根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能．
×(3×108)2 J＝3.220 2×10
－
(3)若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块裂变释放的核能E＝nΔE. 二、核电站
1．核电站的主要部件及作用如下表：
部件 名称 项目 采用的 材料 作用
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大，所能提供的能量大． (3)对环境的污染要比火力发电小．
例3 如图2是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是( )
石墨、重水或普通水(也叫轻水) 降低中子速度，镉 吸收中子，控慢化剂 控制棒 热循环 介质 水或液态的金属钠 把反应堆内的热量传输出去 保护层 很厚的水泥外壳 屏蔽射线，防止放射性污染 便于铀235吸收 制反应速度
图2
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些 答案 B
解析 快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、D都错误.
1．(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．
235194
2．一个 23592U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为 92U＋0n→X＋38Sr
＋210n，则下列叙述正确的是( ) A．X原子核中含有86个中子 B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加 D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 答案 A
解析 X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误． 3．(多选)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235 92U的裂变，下列说法正确的是( )
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