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5.4核裂变与核聚变
【学习目标】(2min)
1.知道核裂变、链式反应的概念，会计算核裂变释放的核能．
2．了解核反应堆的工作原理，知道核电站的工作流程．
3．知道核聚变的概念、条件及受控热核反应的控制方案，会计算核聚变释放的核能．
4．了解新粒子的发现和粒子的分类.
【任务1】 课前预习（10min）
知识点一　核裂变的发现
1．核裂变：重核被 轰击后分裂成两块质量差不多的碎块的核反应。
2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多样的，其中一种典型的铀核裂变是U＋n―→Ba＋Kr＋ 。
3．链式反应：由重核裂变产生的中子使核裂变反应 继续下去的过程叫核裂变的链式反应。
4．临界体积和临界质量：把核裂变物质能够发生链式反应的最 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：1 kg铀235全部发生核裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能。
知识点二　反应堆与核电站
1．核反应堆：控制链式反应的核心设施是 ，它主要由以下几部分组成：
(1)燃料： 。
(2)慢化剂：铀235容易捕获 发生反应，采用 做慢化剂。
(3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些 。镉的
能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入 一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度会慢一些，这种镉棒叫做控制棒。
2．核电站——利用核能发电的装置
(1)工作原理： 释放的能量，使反应区温度升高。
(2)能量输出：利用 等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的 传输出去，用于发电。同时也使反应堆冷却。
(3)核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽 放出的各种射线，核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器，深埋地下。
知识点三　核聚变
1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成 的核，并释放出 的反应。
(2)举例：H＋H―→ ＋n＋17.6 MeV。
(3)条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 以内，核力才能起作用。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的 ，这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度高达 开尔文，因此聚变又叫 。
(4)应用：目前，热核反应主要用在核武器上，那就是 ，需要用 爆炸产生的高温高压引发核爆炸。
(5)太阳能：太阳的主要成分是 ，太阳中心温度可达1.5×107 K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部 释放的核能。
2．受控热核反应
(1)聚变的优点：第一：轻核聚变产能效率高。第二：地球上聚变燃料的储量丰富。第三：轻核聚变更为安全、清洁，控制温度，可控制反应，而且生成的废物数量少、易处理。
(2)聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。
(3)控制方法①磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是 。
②惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用 从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。
【任务2】 探究一、核裂变和链式反应(5min)
如图所示为核裂变示意图．试问：
只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
[例1]　 (多选)关于铀核裂变，下述说法正确的是(　　)
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的原子核
B．铀核裂变的同时将释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应更容易进行，最好用铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
【任务3】 探究二、核电站的构造及工作原理(5min)
如图所示是慢中子反应堆的示意图．如何控制裂变反应的反应速度？
[例2] 秦山核电站第三期工程中有两个6×105 kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是( )
A．反应堆中核反应速度通常是采用调节U的体积来控制的
B.U的一种可能裂变为U＋n→Xe＋Sr＋2n
C.U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短
D．虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重
【任务3】 探究三、核聚变的特点及应用(5min)
据报道，中科院离子物理所经过八年的艰苦奋斗，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功．这种装置被称为“人造太阳”(如图所示)，它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源．
为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？
达标检测(10min)
[1] (多选)关于重核裂变的说法正确的是(　　)
A．重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多
B．只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应
C．为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子
D．裂变过程中释放能量，质量亏损
[2] 如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法正确的是(　　)
A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
[3] （多选）下列说法正确的是(　　)
A．H＋H→He＋n是聚变 B．U＋n→Xe＋Sr＋2n是裂变
C．Ra→Rn＋He是α衰变 D．Na→Mg＋e是裂变
[4] (多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是(　　)
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
答案
课前预习
知识点一　核裂变的发现
1．中子 2． U＋n―→Ba＋Kr＋3n 3．一代接一代 4．小
知识点二　反应堆与核电站
1．核反应堆 (1)铀棒 (2) 慢中子 石墨、重水或普通水 (3) 镉棒 吸收中子 深
2．核电站——利用核能发电的装置
(1)核燃料裂 (2) 水或液态的金属钠 热量 (3)水泥层、裂变反应、放射性
知识点三　核聚变
1．质量较大 能量 (2)举例：H＋H―→He＋n＋17.6 MeV。(3) 10－15、库仑斥力、几百万、热核反应
(4)氢弹、原子弹 (5) 氢 聚变 (3)环流器、激光
探究一 提示：有中子轰击铀块，且铀块的体积大于临界体积，才可以产生链式反应．
[例1]　答案：BC
探究二．提示：通过控制镉棒插入深浅程度来控制裂变反应的反应速度．
[例2] 答案：B
探究三提示：原子核都带正电，有巨大的库仑斥力，加热到几百万开尔文时，有足够的动能来克服这种斥力，使核力发生作用，发生核聚变．
达标检测
[1] 答案　AD
解析　重核裂变为两个中等质量的核时，会产生两到三个中子，因而分裂后的中子数减小，选项A正确；链式反应的发生是有条件的，铀块的体积必须大于其发生链式反应的临界体积，链式反应一旦发生，中子轰击铀核裂变产生的中子再次引起其他铀核的裂变，且能不断继续下去，选项B、C错误；重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量对外释放，选项D正确。
[2] 答案　B
解析　快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、D都错误。
[3] 答案　ABC
解析　A选项中两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故选项A正确；B选项中的核反应是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故选项B正确；在C选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了α粒子，是α衰变，选项C正确；而D选项应是β衰变，选项D不正确。
[4] 答案　AD
解析　核聚变的最终产物是氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，重核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。

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