铀核裂变有多种形式,其中一种的核反应方程是
U+23592
n-→10
Ba+14156
Kr+39236
n.10
(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量.(
U、23592
Ba、14156
Kr、9236
n的质量分别为235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u,1u相当于931MeV)10
(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?
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=
NA=m MU
×6.02×1023≈2.56×1024103 235
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
kg≈2791.8t.5.13×1026×106×1.6×10-19 2.94×107
(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
因
=Pt η
NA△E0.04M MU
则M=
=P tM u 0.04
△EηN A
g109×365×24×60×60×235 0.04×40%×6.02×1023×200.4×106×1.6×10-19
≈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×
MeV的能量,它相当于燃烧2791.8吨煤释放的能量.10 26
(3)该核电站一年消耗铀矿石24吨.