資源簡介

(共24張PPT)
第五章　原子核與核能
核能的利用與環境保護
知道什么是核反應堆,了解核電站及核能發電的優缺點
知道原子彈和氫彈的反應原理
知道核能的利用與防護
重點
核 電 站
通過可控制的鏈式反應來釋放核能的裝置。
“熱中子（慢中子）”核反應堆示意圖
水泥防護層
控制棒——鎘棒
燃料棒—鈾棒
減速劑
(1)燃料：鈾棒
(2)慢化劑：為了使裂變產生的快中子減速
(3)控制棒：利用鎘棒吸收中子的能力很強來控制反應速度
(4)水泥防護層：屏蔽射線防止放射性污染
反應堆
1.核電站就是將核反應堆釋放的 轉化為電能的發電廠。
2.核反應堆:
核反應堆能實現 的穩定輸出,使其轉化為其他形式的能量,從而使核能具有廣泛用途。
核反應堆的工作原理(以壓水式反應堆核電站為例)
(1)組成
壓水式反應堆核電站包括 、一回路系統、二回路系統、______________以及為支持系統正常運行并保證反應堆安全而設置的輔助系統。
核能
核能
反應堆本體
汽輪發電機組
(2)用途
①一回路系統是 供應系統,包括蒸汽發生器、穩壓器、主冷卻劑泵等,反應堆釋放的內能由 帶到蒸汽發生器中,產生蒸汽;
②二回路系統是蒸汽驅動汽輪發電機組進行 的系統,與常規火電廠汽輪發電系統基本相同。
蒸汽
冷卻劑
發電
*3.核反應堆本體的構成及作用
核反應堆是一種人為可控的核裂變鏈式反應裝置。核反應堆按引起裂變的中子能量可分為熱中子反應堆和快中子反應堆(增殖反應堆)。它的主要組成部分及作用如下:
組成部分 材料 作用
裂變材料(核燃料) 鈾棒(濃縮鈾) 提供核燃料
減速劑(慢化劑) 石墨、重水或普通水(也叫輕水) 使裂變產生的快中子減速
控制棒 鎘棒 吸收中子,控制反應速度
冷卻劑 水或液態的金屬鈉 傳輸熱量
防護層 厚水泥層 防止放射線泄漏,對人體及其他生物體造成傷害
4.應用前景
(1)目前核電站的反應堆以U為燃料,發電成本 (填“等于”或“低于”)煤電,但U只占天然鈾的0.72%,99.28%的U沒被充分利用,造成資源的浪費和核廢料處理上的困難。
(2)增殖反應堆可使資源得到充分利用
增殖反應堆以_______為原料,運行時消耗裂變燃料U或Pu等),同時U吸收中子后變成Pu等,即在消耗燃料過程中又能產生新的核燃料(把不可裂變的U轉化為可裂變的Pu等),實現可裂變燃料的 。
U
低于
增殖
(1)核電站是利用輕核聚變釋放的核能來發電的。(　　)
(2)中子的速度越大,越利于發生鏈式反應。(　　)
(3)核反應堆中可用控制棒(鎘棒)吸收中子,控制反應速度。(　　)
×
√
×
原子彈與氫彈
1.原子彈
(1)原子彈是一種沒有減速劑, (填“加以”或“不加”)控制的爆炸性鏈式反應裝置。
不加
(2)原子彈的鏈式反應的形成方法:
①“槍式”裝置法:
將濃度為90%以上的U分成 半球形,每塊都達不到臨界體積。利用 引爆,使兩塊U擠合到一起,使其達到臨界體積,同時中子源釋放中子引起 反應,從而引發劇烈爆炸。
兩塊
普通炸藥
鏈式
②“內爆法”:
將炸藥放在沒有達到臨界體積的U(或Pu)塊 ,當炸藥爆炸時,很快向中心壓縮,使U(或Pu)塊密度 ,發生 反應。
大增
周圍
鏈式
普通炸藥
U235
氘、氚
爆炸
裂變
聚變
1967年6月17日，我國首枚氫彈爆炸成功
2.氫彈
核能的優勢與危害
1.核能的優勢
(1)核能發電可緩解能源危機
一座百萬千瓦級壓水式反應堆核電站,每年僅消耗_____U,同等規模的燃煤發電廠每年消耗原煤2.5×106噸。
(2)核能發電比燃煤發電對環境帶來的污染 。
1噸
小
等效
2.核能利用的危害:
(1)核燃料使用后會產生具有 的核廢料。
(2)核泄漏會產生嚴重后果
在反應堆的外面需要修建很厚的水泥層,用來屏蔽裂變產物放出的各種射線。核廢料需要裝入特制的容器,深埋地下。
高放射性
(3)核武器的威脅
核武器的威力巨大,不僅能摧毀地球上的生命,還會使生態環境受到嚴重的破壞。
1.(多選)如圖是核電站工作流程圖,關于核能,下列說法正確的是
A.核反應堆可以把核能直接轉化為電能
B.核反應堆利用的是原子核衰變過程產
生的能量
C.核反應生成物的比結合能大于反應物
的比結合能
D.水泥防護層的作用是屏蔽裂變產物放出的各種射線
√
√
2.2022年1月3日,聯合國安理會5個常任理事國罕見發表聯合聲明,表達防止核武器擴散決心。關于核反應和核能,下列說法正確的是
A.原子彈和氫彈都能瞬間放出巨大的能量,但原理不同。前者是利用了核
聚變,后者是利用核裂變
B.核動力航空母艦的動力裝置是核反應堆,常用核反應堆中是用鎘棒來控
制核裂變的反應速度
C.目前核電站是采用核裂變的鏈式反應,當鈾塊的體積小于臨界體積時就
會發生鏈式反應放出巨大能量
D.原子核在超高溫下才能發生聚變,說明核聚變過程需要吸收能量
√
3.U受中子轟擊時會發生裂變,產生Ba和Kr,同時放出200 MeV的能量,現要建設發電功率是50萬千瓦的核電站,用鈾235作為原子鍋爐的燃料,假設核裂變釋放的能量全部被用來發電,那么一天需要純鈾235的質量為多少 (阿伏伽德羅常數NA=6.02×1023 mol-1,e=1.6×10-19 C)
答案　0.527 kg
3.每天發電能的總量
E=24×3.6×103×5×108 J=4.32×1013 J,
要得到這么多能量需要裂變的鈾原子數目
n= 個=1.35×1024個,
則對應的質量
m=·MU=×235×10-3 kg=0.527 kg。
核能的利用與環境保護
目標一：核電站
燃料：鈾棒
目標二：原
子彈與氫彈
氫彈
原子彈
控制棒：鎘棒
原理：核聚變
引爆方式：原子彈
目標三：核能的優勢與危害
原理：核裂變
作用：吸收中子，控制鏈式
反應速度
原理：核裂變
鏈式反應產生方法
槍式
內爆式

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