重核裂变教案.doc

第六节 重核的裂变
（陈武杰）
一、教学目标
1、知道重核的裂变反应；
2、知道链式反应发生的条件；
3、了解裂变反应堆得工作原理，了解常用裂变反应堆的类型；
4、知道核电站的工作模式；
二、教学过程
主线：沿重核裂变 链式反应 核反应堆（可控链式反应） 核电站展开
1、核裂变
重核裂变
（1）、产生机制（课本图）：中子打进铀235后，形成一个新的处于不稳定状态的核，由于其中核子的剧烈运动，核子间的距离增大，核力迅速减小，不足以克服质子之间的库仑力，核就分裂成两部分。
（2）、常见裂变方程式：

遵循质量数守恒和电荷数守恒
（3）、特点：a、裂变过程中能释放出巨大的能量，如果1Kg铀全部裂变，它释放的能量相当于2800t优质煤完全燃烧时释放的化学能；
b、裂变的同时能放出2—3个（或更多个）中子；
c、裂变的产物不是唯一的；
链式反应
（1）、定义：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。
（2）、发生条件：临界体积（临界质量）
铀-235原子分裂时会（根据分裂方式的不同）释放出两个或三个中子。如果附近没有铀-235原子，那么这些中子将会以中子射线的方式飞走。如果铀-235原子是一块铀的一部分——那么附近就有其他铀原子——于是将会发生下面三种情况：

· 如果，平均起来，击中另一个铀-235原子的自由中子少于一个，那么这块质量就是亚临界的。最终，物质的诱发裂变会终止。
· 如果，平均起来，每次裂变正好有一个自由中子击中另一个铀-235原子核并使它发生裂变，那么这块铀的质量就被认为是临界的。其质量将维持一个稳定的温度。核反应堆必须被维持在临界状态。（应用于核电站、核潜艇等提供核动力源）
· 如果，平均起来，有超过一个自由中子击中了另一个铀-235原子，那么这块铀的质量就是超临界的。铀会热起来。(应用于核弹)

燃料中铀-235的含量（浓缩水平）和燃料块的形状决定了铀的临界状况。可以想象，如果燃料是细薄的片状，那么多数自由中子将会飞出去而不是撞击其他的铀-235原子。球形是最佳的形状。以球形聚集在一起以实现临界反应的铀-235的量大约为0.9公斤。这个量因此被称为临界质量。钚-239的临界质量大约是283 克。
2、核电站
（1）、核反应堆的结构（是可控的链式反应装置，它能使核能平稳释放）
a、核燃料，由天然铀或浓缩铀（能吸收慢中子的铀235占3%—4%）制成的铀棒。
b、慢化剂（减速剂），常用的慢化剂有石墨、重水和普通水（轻水）。重核裂变产生快中子，与慢化剂的原子核碰撞后，能量减少，变为慢中子，便于铀235捕获。
c、控制棒，镉棒吸收中子的能力很强，镉棒插入越深，吸收的中子越多，链式反应的速度减慢，反之亦然。
d、冷却剂，水或液态钠把反应堆内释放的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全。
e、防护装置，三层保护装置用来防止裂变产生的副产品泄露出去及屏蔽裂变产物放出的各种射线。
（2）、核反应堆和平利用
a、作为核动力，如核电站、核潜艇的动力源；
b、用来生产各种放射性同位素，提供中子源和生产裂变材料等。
（3）、核利用带来的灾难
a、1945年8月初，美国先后向日本广岛、长崎各投放了一颗原子弹；
b、1986年4月26日凌晨，前苏联切尔诺贝利核电站事故，8吨多辐射物质混合着炙热的石墨残片和核燃料碎片喷涌而出,释放出的辐射量相当于日本广岛原子弹爆炸量的200多倍，波及整个欧洲。
c、2011年3月由大地震、海啸引发福岛核电站发生一系列核事故。

三、总结、课后练习

狭义相对论的提出开创了物理学的新纪元（质能方程）

一九九一年十二月十五日凌晨中国自行设计建造的第一座核电站棗秦山核电站并网发电，从而结束了中国大陆没有核电的历史