资源简介

(共49张PPT)
DIWUZHANG
第五章
4　核裂变与核聚变
1.知道什么是核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件(重点)。
2.会书写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能(重难点)。
3.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
学习目标
一、核裂变的发现
二、反应堆与核电站
课时对点练
三、核聚变
内容索引
核裂变的发现
一
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？
答案　铀核的裂变。
1.核裂变：铀核在被 轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。
2.铀核裂变
用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是UnBaKr+_____。
3.链式反应
中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的 反应。
梳理与总结
中子
n
链式
4.临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生 反应的 体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。
5.核裂变的能量：重核裂变为中等质量的原子核、发生质量亏损，所以
能量。
梳理与总结
链式
最小
放出
如图所示为核裂变示意图。
思考与讨论
答案　重核裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，所以重核裂变不是一种天然现象。
(1)重核裂变是一种天然现象吗？
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
答案　不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于或等于临界体积，才会发生链式反应。
　 (2023·宜宾市模拟)铀核U)是核反应主要原料之一，其中一种核反应方程为UnXeSr+10K。下列说法正确的是
A.该核反应是重核裂变反应，其中K是中子
B.该核反应产物的放射性可以通过人工手段去消除
C.该核反应产物的结合能之和等于核反应前反应物的结合能之和
D.核反应时释放能量，根据E=mc2，核反应后的总质量数减少
例1
√
根据质量数守恒和电荷数守恒可得，K的质子数为0，质量数为1，则K是中子，故A正确；
放射性物质的半衰期非常稳定，不会随着外界环境改变而改变，因此不可以通过人工手段消除，故B错误；
由于该反应为放能反应，释放核能后结合能增大，因此该核反应产物的结合能之和大于核反应前反应物的结合能之和，故C错误；
核反应时释放能量，总质量减小，而总质量数保持不变，故D错误。
总结提升
1.重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程。
2.重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小。所以在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。
　若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出铀核裂变的核反应方程；
例2
答案　UnSrXe+1n
根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒有UnSrXe+1n。
(2)求一个U俘获一个中子发生上述裂变所释放的能量。(结果保留2位有效数字)
答案　1.4×102 MeV
该核反应的质量亏损为
Δm=(235.043 9+1.008 7) u-(89.907 7+135.907 2+10×1.008 7) u=0.150 7 u；
释放的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV。
返回
反应堆与核电站
二
1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是 ，它的主要组成部分：
反应堆
组成部分 材料 作用
裂变材料(核燃料) (浓缩铀) 提供核燃料
减速剂(慢化剂) 、 或普通水 (也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速
控制棒 _____ 吸收中子，控制反应速度
热交换器 或液态的______ 传输热量
防护层 厚 层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害
铀棒
石墨
重水
镉棒
水
金属钠
水泥
2.工作原理
(1)核燃料发生 释放能量，使反应区温度升高。
(2)能量输出：水或液态的金属钠等流体在反应堆内外 ，把反应堆内的 传输出去，用于 ，同时也使反应堆冷却。
3.核污染的处理
在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器， 。
核裂变
循环流动
热量
发电
水泥层
放射性
深埋地下
　如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是
例3
A.正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大量α粒子
B.中子速度越快越容易发生链式反应
C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度
D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
√
正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子
辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒
子，故A错误；
中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；
利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；
核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。
返回
核聚变
三
1.定义：两个 结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。
2.核反应方程(举例)：HHen+17.6 MeV。
3.条件：使轻核的距离达到 m以内。
方法：需要加热到很高的 ，因此核聚变又叫热核反应。
4.宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核 成氦核释放的 能。
5.人工热核反应的应用——氢弹
原理：首先由化学炸药引爆 ，再由 爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
轻核
10-15
温度
聚变
核
原子弹
原子弹
6.核聚变与核裂变的比较
(1)优点：①轻核聚变产能 ；②地球上核聚变燃料氘储量 ，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。
(2)缺点：核聚变需要的温度太 ，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。
效率高
丰富
高
　 (2024·南京市高二月考)2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了新的纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过某种方法产生等离子体，等离子体满足一定条件就会发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。关于氢的同位素氘或氚的核聚变，其核反应方程为HHHe+X+17.6 MeV，光速c=3.0×108 m/s，则下列说法正确的是
A.H的比结合能大于He的比结合能
B.粒子X具有较强的电离能力
C.一个氘核和一个氚核发生核聚变，亏损的质量约为3.1×10-29 kg
D.提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应
例4
√
H和H聚变为He会放出能量，可知生成核比反应核更加稳定，即H的比结合能小于He的比结合能，故A错误；
根据电荷数和质量数守恒可知，此反应中X的电荷数为0，质量数为1，即粒子是中子，中子的穿透能力强，电离能力弱，故B错误；
根据质能方程有ΔE=Δm·c2，则一个氘核和一个氚核发生核聚变，亏损的质量为Δm= kg≈3.1×10-29 kg，故C正确；
目前轻核聚变只能在高温高压的环境下进行，故D错误。
返回
课时对点练
四
考点一　重核的裂变及链式反应
1.关于重核的裂变，以下说法正确的是
A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C.重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少
D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核
裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
基础对点练
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量，链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于或等于其临界体积，在裂变反应中核子数是不会减少的，故选D。
2.(2023·襄阳市高二月考)原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短的时间内能够释放大量的核能，发生猛烈爆炸。下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是
AUThHe
BUnSrXe+1n
CNHCHe
DHHHen
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
3.(2024·佛山市模拟)在2023年10月28日举行的首届国际天然铀产业发展论坛中，我国宣布，通过“天空地深”一体化勘查技术发现了一批万吨至十万吨级铀矿床。天然铀中主要有铀238和铀235，其中，铀235的裂变方程为nKrBa+n，下列说法正确的是
A.铀235裂变可以自发进行
B.反应方程中A=144，Z=53
CKr的比结合能大于U的比结合能
D.离地表越深，温度越高，铀235的半衰期也越大
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
铀235的裂变需要中子轰击才能发生，故A错误；
根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知A=235+1-89-3=144，Z=92-36=56，故B错误；
核裂变会释放能量，则反应后的产物Kr的比结合能大于U的比结合能，故C正确；
半衰期不随温度变化而变化，故D错误。
考点二　反应堆与核电站
4.核反应堆不锈钢外壳内除核燃料棒和控制棒以外还通入水，这些水除了起冷却作用外还起了
A.使中子减速的作用
B.使中子加速的作用
C.吸收放射性物质的作用
D.吸收反应发出的射线的作用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
5.(2024·河北省模拟)统计显示，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列对于铀235相关的核反应的描述中，说法正确的是
A.铀块的体积越小，越容易发生链式反应
B.发生链式反应的核反应方程为UBaKr+n
C.在核反应堆中，中子的速度越快，铀核越容易发生核裂变
D.核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，主要是为了调节中子数量，
控制反应速度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
要使链式反应发生，铀块必须达到临界体积，故A错误；
只有中子轰击铀核，才能发生裂变反应，其核反应方程为UnBaKr+n，故B错误；
在核反应堆中，中子的速度越快，会与铀235“擦肩而过”，铀核越不容易发生核裂变，故C错误；
核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，可以吸收中子，主要是为了调节中子数量，控制反应速度，故D正确。
考点三　核聚变
6.(2024·北京市模拟)下列关于核反应的说法中正确的是
A.要使轻核发生聚变，一种可行的方法是将物质加热到几百万开尔文的
高温
B.氘氚核聚变的核反应方程为HH→e
C.相同质量的核燃料，重核裂变比轻核聚变释放的核能更多
D.核聚变反应过程中没有质量亏损
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
发生轻核聚变的条件是使轻核的距离十分接近，达到10-15 m，这就要使原子核获得很大动能，所用方法是把它们加热到几百万开尔文的高温，因此聚变反应又叫作热核反应，A正确；
根据质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为HH→n，故B错误；
对于相同质量的核燃料，轻核聚变产生的核能比重核裂变产生的核能多，故C错误；
核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，故D错误。
7.(2023·莆田市高二月考)2021年5月28日，在中科院合肥物质科学研究院，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。下列关于聚变的说法正确的是
A.任何两个原子核都可以发生聚变
B.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小
C.两个轻核结合成质量较大的核，核子的平均结合能减小
D.核聚变比核裂变更为安全、清洁，是目前利用核能的主要方式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
只有两个质量较小的原子核才可以聚变成一个中等质量的原子核，并不是任何两个原子核都可以发生聚变，A错误；
核聚变反应会放出大量的能量，根据质能方程可知反应会发生质量亏损，两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小，平均结合能增大，B正确，C错误；
核聚变的最终产物是氦，无污染，而核裂变产生的固体核废料具有放射性，因此核聚变更加清洁和安全，但是还不是目前利用核能的主要方式，D错误。
8.(2023·武威市高二检测)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是HH→n。已知H的质量为2.013 6 u，的质量为3.015 0 u，的质量为1.008 7 u，
1 u相当于931 MeV的能量。氘核聚变反应中释放的核能约为
A.3.7 MeV B.3.3 MeV
C.2.7 MeV D.0.93 MeV
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
在核反应中，反应前物质的质量
m1=2×2.013 6 u=4.027 2 u
反应后物质的质量m2=3.015 0 u+1.008 7 u=4.023 7 u
质量亏损Δm=m1-m2=0.003 5 u，
则氘核聚变释放的核能为
E=931×0.003 5 MeV≈3.3 MeV，故选B。
9.(2023·青岛市模拟)2023年4月12日，中国的“人造太阳”成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间403 s，创造了世界纪录。“人造太阳”工作时进行两种热核聚变反应：HHe+X+17.6 MeV和HeHeHe+2Y+12.86 MeV，其内部结构如图，下列说法正确的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
能力综合练
A.目前主流核电站都是利用热核聚变进行发电的
B.反应中释放出的X粒子会受到线圈磁场的磁约束力
C.反应中释放出的Y粒子为中子
DHe核的核子平均质量大于He核的核子平均质量
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
目前主流核电站都是利用核裂变进行发电的，
选项A错误；
由质量数守恒和电荷数守恒可知，X为中子n，Y为质子H，中子不带电，所以不会受到线圈磁场的磁约束力，故选项B、C错误；
该反应释放核能，根据比结合能越大原子核越稳定可知He核的比结合能小于He核的比结合能，而比结合能越大，核子合成原子核释放能量越多，质量亏损越大，则核子平均质量越小，可知He核的核子平均质量大于He核的核子平均质量， 选项D正确。
10.山东海阳核电站建成并实现并网发电，有效缓解了山东电力不足的情况，为建设生态山东做出了贡献。核电站核反应堆中，用中子轰击U原子核的核反应方程为Un→+X+n，、、、X的质量分别为m1、m2、m3、m4，其中是不稳定的，其半衰期为T，真空中的光速为c，以下说法正确的是
A.X原子核中含有的中子数为50
B.该反应属于人工转变核反应
C.该反应中释放的能量为(m1-2m2-m3-m4)c2
D.经过2T，一定质量的原子核衰变了的质量占开始时的
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根据核反应方程中的质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为Un→X+n，可知X原子核中含有的中子数为53，故A错误；
该核反应为重核裂变反应，故B错误；
该核反应中释放的能量为ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2，故C错误；
根据半衰期公式m余=m(可知，经过2T，则=()2=，所以一定质量的原子核衰变了的质量占开始时的，故D正确。
11.铀核裂变的许多核反应中的其中一个是Un→Kr+n。
(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量U、、Kr、的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV能量)；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案　200.6 MeV
裂变反应的质量亏损为
Δm=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7) u=0.215 3 u
一个铀235原子核裂变后释放的能量为
ΔE=0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV。
(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少吨(t)煤释放的能量(NA=6.02×1023 mol-1，1 eV=1.6×10-19 J，煤的热值为2.94×107 J/kg)？
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案　5.14×1026 MeV　2 797.3 t
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1 kg铀235原子核中含原子核的个数为
N=×6.02×1023 个≈2.56×1024 个，
1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量
ΔEN=N·ΔE=2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV
设完全燃烧的煤的质量为m，有ΔEN=qm，
所以m== kg≈2 797.3 t。
12.(2023·福建七市联考)2023年4月12日，中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现403秒稳态高约束模式等离子体运行。科研人员称该成果表明未来聚变实验堆高约束稳态运行具备可行性，对于探索未来聚变堆前沿物理等问题具有重要意义。一种典型的氢核聚变反应是两个氘核H)聚变成氦核He)，同时释放中子，已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV的能量。
(1)写出上述核反应方程式；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
尖子生选练
答案　HH→n
由题意可写出氢核聚变反应方程式为HH→n。
(2)求核反应中释放的核能(结果保留2位小数)；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案　3.26 MeV
核反应中质量亏损为
Δm=2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u
释放的核能为
E=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。
(3)原子核具有足够的动能去克服库仑斥力，碰撞时十分接近，才可以发生核聚变。若两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，已知一个氘核动能大小为0.37 MeV，并且核反应释放的核能全部转化为动能，求反应中产生的中子和氦核的动能。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案　3 MeV　1 MeV
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，故系统初动量为零，据动量守恒定律有0=p氦+p中
即产生的中子和氦核的动量大小相等，方向相反，由于Ek=mv2=
故中子和氦核的动能之比
Ek中∶Ek氦=m氦∶m中=3∶1，
中子和氦核的总动能
Ek总=2×0.37 MeV+3.26 MeV=4 MeV
可解得Ek中=3 MeV，Ek氦=1 MeV。
返回4　核裂变与核聚变
［学习目标］　1.知道什么是核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件(重点)。2.会书写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能(重难点)。3.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
一、核裂变的发现
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.核裂变：铀核在被　　　　轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。
2.铀核裂变
用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是UnBaKr+　　　　。
3.链式反应
中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的　　　　反应。
4.临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生　　　　反应的　　　　体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。
5.核裂变的能量：重核裂变为中等质量的原子核、发生质量亏损，所以　　　　能量。
如图所示为核裂变示意图。
(1)重核裂变是一种天然现象吗？
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
例1　(2023·宜宾市模拟)铀核U)是核反应主要原料之一，其中一种核反应方程为UnXeSr+10K。下列说法正确的是(　　)
A.该核反应是重核裂变反应，其中K是中子
B.该核反应产物的放射性可以通过人工手段去消除
C.该核反应产物的结合能之和等于核反应前反应物的结合能之和
D.核反应时释放能量，根据E=mc2，核反应后的总质量数减少
1.重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程。
2.重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小。所以在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。
例2　若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出铀核裂变的核反应方程；
(2)求一个U俘获一个中子发生上述裂变所释放的能量。(结果保留2位有效数字)
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________二、反应堆与核电站
1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是　　　　，它的主要组成部分：
组成部分 材料 作用
裂变材料 (核燃料) 　　　　(浓缩铀) 提供核燃料
减速剂 (慢化剂) 　　　　、　　　　或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速
控制棒 　　　 吸收中子，控制反应速度
热交换器 　　　　或液 态的　　　 传输热量
防护层 厚　　　　层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害
2.工作原理
(1)核燃料发生　　　　释放能量，使反应区温度升高。
(2)能量输出：水或液态的金属钠等流体在反应堆内外　　　　　　，把反应堆内的　　　　传输出去，用于　　　　，同时也使反应堆冷却。
3.核污染的处理
在反应堆的外面需要修建很厚的　　　　，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的　　　　，需要装入特制的容器，　　　　　　。
例3　如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是(　　)
A.正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大量α粒子
B.中子速度越快越容易发生链式反应
C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度
D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
三、核聚变
1.定义：两个　　　　结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。
2.核反应方程(举例)Hen+17.6 MeV。
3.条件：使轻核的距离达到　　　　 m以内。
方法：需要加热到很高的　　　　，因此核聚变又叫热核反应。
4.宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核　　　　成氦核释放的　　　　能。
5.人工热核反应的应用——氢弹
原理：首先由化学炸药引爆　　　　，再由　　　　爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
6.核聚变与核裂变的比较
(1)优点：①轻核聚变产能　　　　；②地球上核聚变燃料氘储量　　　　，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。
(2)缺点：核聚变需要的温度太　　　　，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。
例4　(2024·南京市高二月考)2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了新的纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过某种方法产生等离子体，等离子体满足一定条件就会发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。关于氢的同位素氘或氚的核聚变，其核反应方程为HHHe+X+17.6 MeV，光速c=3.0×108 m/s，则下列说法正确的是(　　)
A.H的比结合能大于He的比结合能
B.粒子X具有较强的电离能力
C.一个氘核和一个氚核发生核聚变，亏损的质量约为3.1×10-29 kg
D.提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应
答案精析
一、
铀核的裂变。
梳理与总结
1.中子　
2.n　
3.链式　
4.链式　最小　
5.放出　
思考与讨论
(1)重核裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，所以重核裂变不是一种天然现象。
(2)不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于或等于临界体积，才会发生链式反应。
例1　A　［根据质量数守恒和电荷数守恒可得，K的质子数为0，质量数为1，则K是中子，故A正确；放射性物质的半衰期非常稳定，不会随着外界环境改变而改变，因此不可以通过人工手段消除，故B错误；由于该反应为放能反应，释放核能后结合能增大，因此该核反应产物的结合能之和大于核反应前反应物的结合能之和，故C错误；核反应时释放能量，总质量减小，而总质量数保持不变，故D错误。］
例2　(1UnSrXe+1n
(2)1.4×102 MeV
解析　(1)根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒有UnSrXe+1n。
(2)该核反应的质量亏损为
Δm=(235.043 9+1.008 7) u-(89.907 7+135.907 2+10×1.008 7) u=0.150 7 u；
释放的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV。
二、
1.反应堆　铀棒　石墨　重水　镉棒　水　金属钠
水泥　
2.(1)核裂变　(2)循环流动　热量　发电　
3.水泥层　放射性　深埋地下　
例3　C　［正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故A错误；中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。］
三、
1.轻核　
3.10-15　温度　
4.聚变　核　
5.原子弹　原子弹　
6.(1)①效率高　②丰富　(2)高　
例4　C［和H聚变为He会放出能量，可知生成核比反应核更加稳定，即H的比结合能小于He的比结合能，故A错误；根据电荷数和质量数守恒可知，此反应中X的电荷数为0，质量数为1，即粒子是中子，中子的穿透能力强，电离能力弱，故B错误；根据质能方程有ΔE=Δm·c2，则一个氘核和一个氚核发生核聚变，亏损的质量为Δm= kg≈3.1×10-29 kg，故C正确；目前轻核聚变只能在高温高压的环境下进行，故D错误。］

展开更多......

收起↑