5.5 核能的利用与环境保护 课件(共24张PPT)

(共24张PPT)
第五章　原子核与核能
核能的利用与环境保护
知道什么是核反应堆,了解核电站及核能发电的优缺点
知道原子弹和氢弹的反应原理
知道核能的利用与防护
重点
核 电 站
通过可控制的链式反应来释放核能的装置。
“热中子（慢中子）”核反应堆示意图
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒
减速剂
(1)燃料：铀棒
(2)慢化剂：为了使裂变产生的快中子减速
(3)控制棒：利用镉棒吸收中子的能力很强来控制反应速度
(4)水泥防护层：屏蔽射线防止放射性污染
反应堆
1.核电站就是将核反应堆释放的 转化为电能的发电厂。
2.核反应堆:
核反应堆能实现 的稳定输出,使其转化为其他形式的能量,从而使核能具有广泛用途。
核反应堆的工作原理(以压水式反应堆核电站为例)
(1)组成
压水式反应堆核电站包括 、一回路系统、二回路系统、______________以及为支持系统正常运行并保证反应堆安全而设置的辅助系统。
核能
核能
反应堆本体
汽轮发电机组
(2)用途
①一回路系统是 供应系统,包括蒸汽发生器、稳压器、主冷却剂泵等,反应堆释放的内能由 带到蒸汽发生器中,产生蒸汽;
②二回路系统是蒸汽驱动汽轮发电机组进行 的系统,与常规火电厂汽轮发电系统基本相同。
蒸汽
冷却剂
发电
*3.核反应堆本体的构成及作用
核反应堆是一种人为可控的核裂变链式反应装置。核反应堆按引起裂变的中子能量可分为热中子反应堆和快中子反应堆(增殖反应堆)。它的主要组成部分及作用如下:
组成部分 材料 作用
裂变材料(核燃料) 铀棒(浓缩铀) 提供核燃料
减速剂(慢化剂) 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速
控制棒 镉棒 吸收中子,控制反应速度
冷却剂 水或液态的金属钠 传输热量
防护层 厚水泥层 防止放射线泄漏,对人体及其他生物体造成伤害
4.应用前景
(1)目前核电站的反应堆以U为燃料,发电成本 (填“等于”或“低于”)煤电,但U只占天然铀的0.72%,99.28%的U没被充分利用,造成资源的浪费和核废料处理上的困难。
(2)增殖反应堆可使资源得到充分利用
增殖反应堆以_______为原料,运行时消耗裂变燃料U或Pu等),同时U吸收中子后变成Pu等,即在消耗燃料过程中又能产生新的核燃料(把不可裂变的U转化为可裂变的Pu等),实现可裂变燃料的 。
U
低于
增殖
(1)核电站是利用轻核聚变释放的核能来发电的。(　　)
(2)中子的速度越大,越利于发生链式反应。(　　)
(3)核反应堆中可用控制棒(镉棒)吸收中子,控制反应速度。(　　)
×
√
×
原子弹与氢弹
1.原子弹
(1)原子弹是一种没有减速剂, (填“加以”或“不加”)控制的爆炸性链式反应装置。
不加
(2)原子弹的链式反应的形成方法:
①“枪式”装置法:
将浓度为90%以上的U分成 半球形,每块都达不到临界体积。利用 引爆,使两块U挤合到一起,使其达到临界体积,同时中子源释放中子引起 反应,从而引发剧烈爆炸。
两块
普通炸药
链式
②“内爆法”:
将炸药放在没有达到临界体积的U(或Pu)块 ,当炸药爆炸时,很快向中心压缩,使U(或Pu)块密度 ,发生 反应。
大增
周围
链式
普通炸药
U235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
1967年6月17日，我国首枚氢弹爆炸成功
2.氢弹
核能的优势与危害
1.核能的优势
(1)核能发电可缓解能源危机
一座百万千瓦级压水式反应堆核电站,每年仅消耗_____U,同等规模的燃煤发电厂每年消耗原煤2.5×106吨。
(2)核能发电比燃煤发电对环境带来的污染 。
1吨
小
等效
2.核能利用的危害:
(1)核燃料使用后会产生具有 的核废料。
(2)核泄漏会产生严重后果
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。核废料需要装入特制的容器,深埋地下。
高放射性
(3)核武器的威胁
核武器的威力巨大,不仅能摧毁地球上的生命,还会使生态环境受到严重的破坏。
1.(多选)如图是核电站工作流程图,关于核能,下列说法正确的是
A.核反应堆可以把核能直接转化为电能
B.核反应堆利用的是原子核衰变过程产
生的能量
C.核反应生成物的比结合能大于反应物
的比结合能
D.水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的各种射线
√
√
2.2022年1月3日,联合国安理会5个常任理事国罕见发表联合声明,表达防止核武器扩散决心。关于核反应和核能,下列说法正确的是
A.原子弹和氢弹都能瞬间放出巨大的能量,但原理不同。前者是利用了核
聚变,后者是利用核裂变
B.核动力航空母舰的动力装置是核反应堆,常用核反应堆中是用镉棒来控
制核裂变的反应速度
C.目前核电站是采用核裂变的链式反应,当铀块的体积小于临界体积时就
会发生链式反应放出巨大能量
D.原子核在超高温下才能发生聚变,说明核聚变过程需要吸收能量
√
3.U受中子轰击时会发生裂变,产生Ba和Kr,同时放出200 MeV的能量,现要建设发电功率是50万千瓦的核电站,用铀235作为原子锅炉的燃料,假设核裂变释放的能量全部被用来发电,那么一天需要纯铀235的质量为多少 (阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,e=1.6×10-19 C)
答案　0.527 kg
3.每天发电能的总量
E=24×3.6×103×5×108 J=4.32×1013 J,
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目
n= 个=1.35×1024个,
则对应的质量
m=·MU=×235×10-3 kg=0.527 kg。
核能的利用与环境保护
目标一：核电站
燃料：铀棒
目标二：原
子弹与氢弹
氢弹
原子弹
控制棒：镉棒
原理：核聚变
引爆方式：原子弹
目标三：核能的优势与危害
原理：核裂变
作用：吸收中子，控制链式
反应速度
原理：核裂变
链式反应产生方法
枪式
内爆式