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新人教版 选择性必修三
第五章 原子核
5.4 核裂变和核聚变
较重的核分裂成中等大小的核，较小的核合并成中等大小的核的过程中，都有可能释放出能量。核电站以及原子弹、氢弹等核武器，利用的就是这些核能。在这些装置中，核能是怎样被转化和使用的呢
核子平均质量
比结合能
核子的平均结合能随质量数的变化
z
核子结合成铁原子核或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量大
使较重的核分裂成中等大小的核，比结合能会增加，发生质量亏损，释放结合能。
20世纪30年代，物理学家的一个重大发现改变了人类历史。原子核在“分裂或聚合”时，会释放出惊人的能量。
1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的过程中发现，生成物中有原子序数为56的元素钡。
奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释，铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为核裂变。
哈恩
迈特纳
弗里施
一、核裂变的发现
重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应的过程，叫做核裂变
1、裂变
质量数守恒
电荷数守恒
例题1、(多选)关于裂变反应,下列说法正确的是(　　)
A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂为质量差不多的两部分
B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量
C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、三部分或四部分
D.所有重核用中子轰击均能发生裂变反应
BD
解析：用中子轰击 和 等少数重核元素才能发生裂变反应，铀核裂变时可能分裂为两部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率最大，A、D错误，C正确；铀核裂变为中等质量的原子核时一定释放能量，B正确。
2、链式反应
由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，称为核裂变的链式反应。
二分裂
三分裂
三分裂
四分裂
概率：
铀核裂变的产物是多种多样的，其他裂变方程还有:
二分裂
3、链式反应的条件
思考：随便一个中子撞击，铀核都会产生核反应吗？
铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。
4、核裂变的标准煤
一个铀235核裂变时释放的能量如果200MeV估算，1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能!
=
拓展学习
原子弹
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二、反应堆与核电站
1、核反应堆
①燃料铀棒：
铀棒越多，反应的速率就越快。
铀棒
②控制棒镉棒：
吸收中子
，控制反应速率
③慢化剂：
使中子变为慢中子，易吸收
（石墨，重水和轻水）
镉棒
④水泥防护层：
防止辐射
水泥防护层
2、核电站
三、核聚变
核裂变：一个重核
两个质量中等的原子核
两个轻核
一个质量较大的核
核聚变：
①轻核聚变产能效率高
②燃料氘和氚储量丰富
③无废料，更安全、清洁
1、核聚变的条件
10-15m
核力
库伦斥力
动能大
办法：
加热到几百万开尔文
→温度越高，分子热运动越剧烈
（热核反应）
热核反应一旦发生，就不再续约外界给它能量，靠自身产生的热就会反应继续下去。
2、核聚变的例子
太阳的能量来自热核反应
3、可控核聚变的方案
⑴磁约束
带电粒子运动时在均匀磁场中受洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。
托卡马克装置
中国科学院的环流器装置
⑵惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。
惯性约束示意图
重核裂变与轻核聚变的区别
比较项目 重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
产能效率 平均每个核子释放约1 MeV能量，产能效率较低 平均每个核子释放约3~4 MeV能量，产能效率较高
原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘和氚，氘和氚在地球上的储量非常丰富
比较项目 重核裂变 轻核聚变
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
随堂练习
例1：下列说法中正确的是（ ）
A.原子弹是利用核聚变反应
B.氢弹是利用核裂变反应
C.铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
D.为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D
2、利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为（ ）
A.它比较容易发生链式反应
B.能自动裂变，与体积无关
C.铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D.铀 235 价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
D
3、镉棒在核反应堆中所起的作用是（ ）
A.使快中子变成慢中子
B.使慢中子变成快中子
C.使反应速度加快
D.控制反应速度，调节反应速度的快慢
D
4、太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈地（ ）
A.衰变反应
B.人工核反应
C.裂变反应
D.热核反应
D
5、(多选)以下核反应方程中属于核聚变的是(　 　)
解析：轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反应,称为核聚变。
答案：ACD
ACD
6、原子弹和核能发电的工作原理都是核裂变。一种典型的铀核裂变的核反应方程是 ， 则下列说法正确的是(　　)
A.X原子核中含有86个中子,裂变后的总质量数减少
B.X原子核中含有144个核子，裂变后的总质量不变
C.X原子核中含有144个核子，裂变后的总质量减少
D.X原子核中含有86个中子，裂变后的总质量数增加
C
答案 ：C
解析 ：铀核裂变反应过程中，质量数守恒，X的质量数235+1-89-3=144，可知X原子核中含有144个核子；电荷数守恒，92-36=56，所以X中的中子数为144-56=88，即X原子核中含有88个中子，在核反应的过程中，质量数是守恒的。总质量数既不减小，也不增加，存在质量亏损，故C正确，A、B、D错误。

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