5 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 1．核裂变
重核被中子轰击后分裂成两个(或几个)中等质量原子核，并放出核能的过程． 2．铀核裂变
235U＋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 920144Ba＋89Kr＋31n. n→ 563603．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，这种反应称为链式反应． 4．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于等于临界体积． (2)有足够数量的慢中子． 二、核电站
1．核反应堆：利用核能发电的核心设施是核反应堆．它主要由以下几部分组成： (1)燃料：铀棒．
(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，可采用石墨、重水、普通水作减速剂． (3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反应的速度．
2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，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．
4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下或海底． [即学即用]
1．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)铀块的体积大于或等于临界体积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．( × )
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2．当235 92U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为： 92U＋0139Xe＋94Sr＋31n. n→ 54380
2351139已知 92U的原子质量为235.043 9 u，0n的原子质量为1.008 7 u， 54Xe的原子质量为138.917 8 94Sr的原子质量为93.915 4 u，且1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV，此裂变反应释u，38
放出的能量是________MeV. 答案 1.8×102
解析 ΔE＝Δm·c2＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)×9.3×102 MeV≈1.8×102 MeV.
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)什么是裂变？写出上述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)重核分裂成几个中等质量原子核的现象称为核裂变．上面这个过程可以用下面的方
1144891程式来表示235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n
(2)铀块体积应大于或等于临界体积、要有足够数量的慢中子才能发生链式反应． [知识深化] 1．常见的裂变方程
23513995(1) 92U＋1→ 54Xe＋38Sr＋210n―0n 235U＋1n―144Ba＋89Kr＋31n (2) 92→ 560360
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．铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应． 4．核裂变时发生质量亏损，放出能量．
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．若铀235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．
二、重核裂变释放的核能的计算
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[导学探究] 下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程：235 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋100n.已知铀
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？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量)
答案 质量亏损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 释放的总能量为ΔE＝931.5×0.150 7 MeV＝140.377 05 MeV. [知识深化]
1．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标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．
2．计算释放的核能：质量单位为“u”时，可直接用“1 u的质量亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量；当质量单位为“kg”时，直接乘以(3.0×108)2，总能量单位为焦耳．
235U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141Ba)和氪(92Kr)两部分，放例2 用中子轰击铀核( 92 5636
出3个中子．它们的质量如下： mU＝390.313 9×10
－27
kg，mn＝1.674 9×10
－27
kg；
高中物理选修3-5配套课件第三章 5
