高中物理 第四章 原子核 第六节 核能利用 第七节 小粒子与大宇宙学案 粤教版选修3-5-粤教版高二选修3-5物理学案VIP免费

第六节核能利用第七节小粒子与大宇宙1.知道什么是反应堆，了解反应堆的工作原理．2.知道什么是核电站，了解我国核电站的发展．3．了解物质世界的时间跨度和空间跨度．一、反应堆1．受控热核反应是人类对核聚变能量的利用．2．核反应堆的建造是人类对核裂变能量的利用．3．核反应堆是人工控制链式反应的装置．核反应堆用天然铀或浓缩铀制成铀棒作为核燃料；用石墨、重水作为减速剂使中子减速；为调节中子数以控制反应速度需用镉棒作为控制棒；为控制反应堆的温度，需要用水液体金属钠等流体作为冷却剂在反应堆内外循环流动，不断带走热能，同时可以用来输出热能加以利用；在反应堆外面修建很厚的水泥防护层来屏蔽射线，将放射性废料装入特制的容器，埋入地层深处来处理．(1)在核反应中，中子的速度越大越容易击中铀核．()(2)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．()(3)核反应堆用过的核废料无毒无害．()提示：(1)×(2)√(3)×二、核电站核能利用1．核电站：利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电．2．核能利用：发电，制造核动力潜艇、核动力破冰船、核动力航空母舰，进行原子核物理实验，制造各种放射性同位素．三、从小粒子到大宇宙——空间跨度人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从10－15m到1027m，共跨越了大约42个数量级．四、从粒子寿命到宇宙年龄——时间跨度物质世界的时间尺度，约从10－25s到1018s，共跨越了将近43个数量级．核电站1．核电站是使原子核的链式反应在人工控制下进行，使释放的核能转化为内能，再由蒸汽轮机带动发电机转化为电能，使核能为人类和平建设服务．2．核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是浓缩铀235，它的主要部件列表如下：慢化剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子，控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染3．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦的核电站，一年只消耗浓缩铀30t左右，而同样功率的火电站每年要消耗250万吨优质煤．(2)对环境的污染要比火力发电小．铀核裂变有多种形式，其中一种的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n.(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量．(U、Ba、Kr、n的质量分别为235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u，1u相当于931MeV)(2)1kg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2.94×107J/kg)(3)一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率为η＝40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，所用铀矿石中铀235的含量为4%，则该核电站一年消耗铀矿石多少吨？[思路点拨](1)计算释放的核能相当于燃烧多少煤，或需要多少铀时，先计算出一个铀核裂变放出的能量ΔE，ΔE乘以原子核数为放出的总能量E，再由E计算煤或铀的质量．(2)原子核数N＝＝NA.[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＝0.2153u一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE＝0.2153×931MeV≈200.4MeV.(2)1kg铀235中含原子核的个数为N＝NA＝×6.02×1023≈2.56×1024个则1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量ΔEN＝NΔE＝2.56×1024×200.4MeV≈5.13×1026MeV设q为煤的热值，m为煤的质量，有ΔEN＝qm所以m＝＝kg≈2791.8t.(3)核电站一年的发电量E＝Pt，需要的核能为＝设所用铀矿石质量为M，则铀235的含量为0.04M，对应的原子核数因＝NAΔE则M＝＝g≈2.4×107g＝24t.[答案](1)200.4MeV(2)5.13×1026MeV2791.8t(3)24t核能的利用与环境保护1．核原料提供的能量巨大，1kg铀全部释放的能量大约相当于2700t标准煤燃烧放出的能量．地球上的一般常规能源都无法跟核能相比．除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为广阔．热核反应所需的氘如前所述更是储量丰富．核原料的运输和储存方便，如：一座100万千瓦核电站一年所需原料铀，只需6辆卡车就可全部运到现场．核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应...