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第3章 能量的转化与守恒
第7节 核能
学习目标
1.说出核能的概念及其应用。
2.知道原子核的裂变和聚变是获得核能的两种方式。
3.了解核电站的工作过程，知道核能的优点和可能带来的问题。
4.了解放射线及其应用。
5.初步建立利用核能的意识，初步建立能源可持续发展的观念。
知识点1 核能
1.核能
概念 原子核是可以转变的。原子核在转变过程中所释放出的能量，称为核能
获得途径 原子核的裂变和原子核的聚变
2.核裂变
含义 裂变是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出巨大能量的现象
举例 中子轰击铀 ，铀核就会分裂成2个新核，并释放出能量，同时产生几个新的中子，1千克铀全部裂变，释放出的能量超过2 000 吨煤完全燃烧释放的能量
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链式反应 每个铀核裂变时会产生几个中子，这些中子又
会继续轰击其他铀核，使其他铀核裂变并产生
更多的中子，这样就会导致一系列铀核持续裂
变，产生链式反应，如图所示
应用 （1）快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的，我们还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业，“核反应堆”就是控制裂变反应的装置。
（2）原子弹、核电站都是根据核裂变的原理制成的。原子弹属于不加控制的链式反应；核电站属于可控制的链式反应
3.核聚变
含义 2个质量较小的原子核结合成质量较大的新原子核，同时释放出能量的现象。由于核聚变需要极高的温度，所以核聚变也叫热核反应
图示 氘核（核内有1个质子和1个中子）和氚核（核内有1个质子和2个中子）在超高温下聚合成新的原子核——氦核，并释放出1个中子，同时释放巨大的能量
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释放能量情况 质量相同的核燃料，核聚变反应释放的核能比核裂变反应释放的核能要多得多
应用 氢弹是根据核聚变的原理制造的，它的威力比原子弹大得多。太阳的内部在不停地发生这种核聚变，从而向外释放出巨大的能量
裂变与聚变的比较
比较 裂变 聚变
定义 较大原子核分裂为较小原子核的过程 质量较小的原子核结合成较大原子核的过程
条件 用中子轰击较大原子核 超高温
释放核能大小 巨大 更加巨大
是否可以控制 可利用核反应堆控制链式反应的速度 目前，核聚变反应速度还不能人为控制
应用 原子弹、核电站 氢弹
典例1 下列关于核能的说法正确的是( )
C
A.核能和煤、石油一样都是常规能源，而不是新能源
B.核能是可再生能源
C.原子核发生裂变和聚变都会释放出巨大的能量
D.氢弹爆炸就是核裂变发生链式反应的结果
知识点2 核能的和平利用——核电站 难点
利用核能发电的电站叫核电站。利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方向。
1.核电站
核反应堆 可控制地进行核反应的装置，称为核反应堆。核反应堆是核电站的核心部分，它以轴为核燃料
核电站的原理 利用核反应堆提供的能量，使水变成蒸汽，再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电
工作过程 __________________________________________________________________
①第一回路中的水被泵压入反应堆，在那里加热，然后进入热交换器，把热量传给第二回路的水以后，又被泵压回到反应堆里。②在热交换器内，第二回路的水经加热变成高温高压蒸汽，送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度和压强都降低，进入冷凝器，最后又由水泵把它压回热交换器。高速旋转的汽轮机带动发电机发电
核电站的能量转化
核电站的特点 ①消耗燃料少，产生的能量巨大，可以大大减少燃料的运输量；②特别适用于缺少化石能源和水力资源的地区；③建设成本较高，技术含量高，但原料成本相对偏低；④核电站需防止放射性物质泄漏，以免造成放射性污染，因此必须采用可靠的保护措施，同时要处理好废渣
2.核能的和平利用
人们虽然能够控制裂变反应的速度，但还没有找到实用的控制核聚变反应的方式，直到现在人类还不能和平利用核聚变的能量。科学家一直致力于探索核聚变的控制途径。受控的核聚变能够为人类提供几乎取之不尽的理想洁净的能量，人类一旦能够稳定地获取核聚变能，将不再有“能源危机”。
典例2 &1& 2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”核电机组正式投入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是( )
C
A.核反应堆是利用核裂变产生核能的
B.蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能
C.汽轮机工作时将机械能转化为内能
D.发电机的工作原理是电磁感应
[解析] 汽轮机是热机，使用时将内能转化为机械能，故C错误。
知识点3 放射性
1.放射性：早在100多年前，科学家贝克勒尔、居里夫人等发现铀、钍、镭等元素能够自发地放出穿透能力很强的射线。居里夫人把元素具有的这种辐射能力叫放射性。
2.三种主要的放射线
射线 组成 穿透本领
射线 带正电的高速运动的氦原子核流 穿透能力不强，在空气中只能前进几厘米
射线 带负电的高速运动的电子流 穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板
射线 能量很高的电磁波，不带电（中性） 穿透能力极强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土
3.放射性的利与弊
利 工业 利用放射线来测量物体厚度；利用 射线对机械设备进行探伤
农业 利用放射线照射种子，使其发生变异，培育新的优良品种；利用放射线可以杀菌
医疗 利用 射线治疗癌症
弊 过量的高能量的放射线照射对人体和动物的组织有破坏作用 典例3 以下对于放射线的说法正确的是( )
B
A.放射线无污染、无公害，使用时十分安全简单
B.在利用放射线时，要注意进行有效的防护和防止污染
C.放射线对人畜伤害严重，有弊无利，难于利用
D. 射线和 射线是有益的，而 射线是有害的
题型 核能的利用
角度1 裂变和聚变 ★★
典例4 （2022·临海期末）台州已成为发电大市，有多种发电方式。如图甲所示为三门核电站发电流程图，目前核电站主要利用________（选填“核聚变”或“核裂变”）获得核能。如图乙所示为温岭江厦潮汐发电的原理图，从能量转化角度来说，就是利用海水的______能，通过水轮发电机转化为电能。
核裂变
机械
角度2 能量转化过程 ★★
典例5 （2023·湖州模拟）目前，在我国能源结构中，核能在构建清洁低碳能源体系中起到关键作用，可以与风、光伏等清洁能源互为补充，协同发展。如图是核电站发电及利用工作流程图，关于流程中各装置的能量转化，正确的是( )
A
A.核反应堆：核能转化为内能
B.蒸汽轮机：化学能转化为机械能
C.发电机：电能转化为机械能
D.电取暖器：电能转化为机械能

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