问题 问答题

铀核裂变有多种形式,其中一种的核反应方程是

23592
U+
10
n-→
14156
Ba+
9236
Kr+3
10
n.

(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量.(

23592
U、
14156
Ba、
9236
Kr、
10
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?

答案

解析:(1)裂变反应的质量亏损为

△m=(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

△E=0.2153×931MeV≈200.4MeV.

(2)1kg铀235中含原子核的个数为

N=

m
MU
NA=
103
235
×6.02×1023≈2.56×1024

则1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量

△EN=N△E=2.56×1024×200.4MeV≈5.13×1026MeV

设q为煤的热值,m为煤的质量,有△EN=qm,

所以m=

EN
q
=
5.13×1026×106×1.6×10-19
2.94×107
kg≈2791.8t.

(3)核电站一年的发电量E=Pt,需要的核能为

E
η
=
Pt
η

设所用铀矿石质量为M,则铀235的含量0.04M,

对应的原子核数

0.04MNA
MU

Pt
η
=
0.04M
MU
NA△E

则M=

P
tMu
0.04
ηNA
△E
=
109×365×24×60×60×235
0.04×40%×6.02×1023×200.4×106×1.6×10-19
g

≈2.4×107g=24t

答:(1)一个铀235原子核裂变后释放的能量为200.4MeV

(2)1kg铀235原子核发生上述裂变时能放出5.13×

1026
MeV的能量,它相当于燃烧2791.8吨煤释放的能量.

(3)该核电站一年消耗铀矿石24吨.

单项选择题
单项选择题 A1/A2型题