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第二十二章
能源与可持续发展
第2节 核能
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第二十二章
1.了解原子、原子核的结构；
学习目标
2.了解核能的由来，知道核能的优点和可能带来的问题；
3.了解核裂变、核聚变。
导入新课
比一比
1964年10月16日15时，我国第一颗原子弹爆炸成功。你知道原子弹为什么会突然放出那么大的能量的呢
1967年6月17日上午8时20分，我国西部地区新疆罗布泊上空，我国第一颗氢弹爆炸试验获得完全的成功，氢弹和原子弹的原理相同吗
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核能
1.原子结构
原子由原子核和核外电子组成。原子核有质子和中子组成，质子带正电荷，核外电子带负电荷，二者电荷量相等，中子不带电。
质子的质量大约是电子的1836倍，中子和质子的质量几乎相同。
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核能
（1）以水分子为例：
H
氢原子由原子核和一个核外电子组成。原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子带负电荷。二者电荷量相同。
O
氧原子由原子核和八个核外电子组成。原子核有八个质子和八个中子，由于中子不带电，所以正负电荷量仍然相同。
由水分子组成
H2O分子
由一个氧原子和两个氢原子组成
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核能
（2）质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。要使它们分裂或结合都是极其困难的。
但是，一旦使原子核分裂或聚合，就可以释放出惊人的能量，这就是我们说的核能，又称原子能。
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核能
质量较大的原子核发生分裂
质量较小的原子核相互结合
获得核能有两种途径：裂变和聚变。
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裂变
铀核的裂变
1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生了裂变。
1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000 t煤完全燃烧时释放的能量。
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思考与讨论
用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量。
外界中子停止轰击，裂变也就停止了。怎样才能让裂变继续下去呢？
我们将火柴搭成右图所示的结构，想像你在点燃第一根火柴后，会发生什么情况。
其实，火柴所发生的情况与裂变中的链式反应很像。
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裂变
链式反应示意图
用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核，于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。
中子
铀核
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裂变
核电站中的反应堆
核电站利用核能发电，它的核心设备是反应堆。核电站利用反应堆产生的内能，通过蒸汽轮机做功，带动发电机发电。1942 年人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。
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裂变
原子弹爆炸
核反应堆中发生的链式反应，是可以控制的。链式反应如果不加以控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。原子弹爆炸时发生的链式反应，是不加控制的。
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裂变
原子弹爆炸
在人类实现可控核裂变大约三年后，即在1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。
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聚变
核聚变：将质量较小的原子核，在超高温和超高压的条件下，聚合成一个较重的原子核，同时释放出核能的过程就是核聚变，也称为热核反应。
氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。
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聚变
氘核、氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹利用的就是聚变在瞬间释放的能量。
利用核聚变原理制造的氢弹爆炸时产生的巨大的蘑菇云
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聚变
如何实现可控聚变，如何利用可控聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过可控聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题。
海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核
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核裂变和核聚变的区别
比较 裂变 聚变
定义
条件
释放核能的大小
是否可控
应用
较大原子核分裂为较小原子核的过程
质量小的原子核结合成较大原子核的过程
中子轰击较大原子核
超高温
巨大
更加巨大
裂变的链式反应可控
聚变目前不可控
原子弹、核电站
氢弹、太阳内部爆炸
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核电站和核废料处理
1.核能的优点：
(1)核能十分巨大，能极大地补充人类能源的不足。
(2)能够解决能源不平衡分布的问题。
2.存在的问题：
(1)核能存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害。
(2)核反应堆中会产生核废料，治理废料过程中，代价较高。
2011年3月，日本近海发生大地震，日本福岛第一核电站发生爆炸，造成核泄漏。
随堂练习
1.组成原子核的粒子是（ ）
A.带正电的质子和带负电的电子
B.带正电的质子和不带电的中子
C.带正带的质子、带负电的电子和不带电的中子
D.带负电的电子和不带电的中子
2.关于核能，下列说法中正确的是（ ）
A.核能很小，无法利用
B.核能巨大，但现在无法利用
C.核动力航母利用的是核能
D.核能是可再生的
B
C
随堂练习
3.关于裂变反应，下列说法中错误的是（ ）
A.所有原子核都能发生裂变反应释放能量
B.裂变反应是重原子核吸收中子后发生的
C.原子弹是利用链式反应释放的能量
D.核电站是利用可控链式反应释放的能量
4.以下属于核聚变反应的是（ ）
A.氢弹爆炸
B.原子弹爆炸
C.太阳内部发生的核反应
D.连续发生的剧烈化学反应
A
AC
课堂小结
核能
核能
聚变
裂变
谢 谢 观 看！

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