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第3章
能量的转化与守恒
第7节 核能
一、裂变和聚变
电子
中子
质子
原子是由原子核和核外电子组成的，原子核是由质子和中子组成的，原子的质量几乎全部集中在原子核上。
1.原子的组成
2.核能
（1）原子核在转变过程中所释放出的能量，称为核能。
（2）核能是从原子核内部释放出来的，它比物质在化学反应中所释放出的化学能要大得多。
例如，1kg铀核全部转变为氪核和钡核时释放出的核能，超过了2000吨煤完全燃烧时释放出的化学能。
3.获得核能的两条途径
原子核的裂变和原子核的聚变是获得核能的两条途径。
（1）核裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出巨大的能量现象。
链式反应：一次裂变后产生的中子继续轰击其他铀核，就会导致越来越多的铀核不断地发生裂变。这种连锁式的铀核裂变反应称为链式反应。
链式裂变反应示意图，中子就像“点燃”核燃料的火柴
如果原子核裂变的链式反应不加以控制，在短时间内形成雪崩式的裂变反应，就会放出巨大能量而产生猛烈的核爆炸。
原子弹——根据核裂变的原理制成。属于不可控制的链式反应的结果！
（2）核聚变：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。
例如：氘核（核内有 1 个质子、1 个中子的氢核）和氚核（核内有 1 个质子、2 个中子的氢核）在超高温下聚合成氦核，并向外放出能量。
一个中子
（伴随能量释放）
氚核
氘核
氦核
聚变反应示意图
在消耗质量相同的核材料时，核聚变比核裂变释放出更多的核能。核聚变需要极高的温度，所以也叫做热核反应。
氢弹就是根据核聚变的原理制造的，氢弹的威力比原子弹大得多。
二、核能的和平利用——核电站
1.核电站
核能的能量是巨大的，怎样才能被人类和平利用呢？
如果能够按需要控制链式反应的速度，使原子核的裂变反应持续而缓慢地进行，核能有控制地平稳释放，这样的核能就可以为人类和平建设服务。
核反应堆：可以控制核反应的装置称为核反应堆。
核电站
核电站就是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的。
思考：在核电站工作过程中，能是如何转化的？
核能
内能
机械能
电能
2.太阳能产生原理
3.8×1023 kW
太阳辐射能
（1）原理：在太阳的内部，氢原子核在超高温下发生核聚变，释放出巨大的核能，即内部核聚变产生的。
（2）太阳的辐射：核能从太阳核心向外辐射过程中，核能转化成热能和电磁能（光），其中有一部分到达地球。
3.阅读教材，回答下列问题。
（1）人们能和平利用核聚变的能量吗？
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，所以，直到现在人类还不能和平利用核聚变的能量。
（2）阅读教材说一说，国际热核聚变实验堆计划 （ITER） 的目标是什么？
目标是建造可实现大规模聚变反应的聚变实验堆，验证和平利用聚变能的科学和技术可行性，并将在本世纪中叶实现利用聚变能发电，造福人类社会。
（3）核聚变发电相对于核裂变发电有什么优点？
核聚变反应中几乎不存在放射性污染，无需担忧失控，不会发生爆炸，是一种真正清洁、成本低廉和安全可靠的新能源，受控核聚变实现之日就是我们真正摆脱能源危机之时 。
4.核电站的安全性
请你谈谈核电站安全问题主要有哪些？
一是核反应万一失控，会损坏设备，引起放射性物质泄漏；二是放射性废料处理不当，会导致环境污染。
世界上曾发生了2次较大的核电事故。1986 年，苏联切尔诺贝利核电站发生事故。2011年，日本福岛核电站核泄漏事故。
三、放射性
1.放射性元素
像铀、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做放射性。
放射性物质的标志
放射性物质既有天然放
射性物质，也有人工放射性物质。
2.α、β 和 γ 三种射线
原子核的裂变也会产生一些放射性物质，放射性物质放出的射线到底是什么呢？
科学家发现各种放射性元素放出的射线中包括 α、β 和 γ 三种射线。
三种射线
α射线：带正电的高速运动的氦原子核流。
β射线：带负电的高速运动的电子流。
γ射线：能量很高的电磁波。
3.这三种射线穿透物质的能力不同
（1）α射线穿透能力最弱，在空气中只能前进几厘米。
（2）β射线穿透能力较强，能穿透几厘米厚的铝板。
（3）γ射线穿透能力最强，能穿透几厘米厚的铅板和
几十厘米厚的混凝土。
4.放射性现象的用途
(1)工业：测量物体厚度。
(2)农业：照射种子，使种子发生变异，培育新的优良品种；还可以杀菌。
(3)医疗：利用γ射线治疗癌症。因为人体组织对射线的耐受能力是不同的，细胞分裂越快的组织，它对射线的耐受能力就越弱。
5.放射线的危害
人类一直生活在有放射线的环境中，地球上的每个角落都有不断的来自宇宙的射线。但这些辐射都在安全剂量范围内，对人类没有伤害。但是，过量的辐射对人体和动物的组织都有破坏的作用。因此，在使用放射性物质时，必须注意安全，也要防止放射性物质对空气、水、生活用品等的污染。
课堂小结
核能的利用方式及实例
裂变
聚变
原子弹
核反应堆
氢弹
放射性
α、β、γ射线
课堂测评
1．下列关于核能获取方式说法正确的是(　　)
A．太阳核心利用核裂变释放能量
B．核电站利用核聚变获取能量
C．原子弹利用核裂变释放能量
D．氢弹利用核裂变释放能量
C
2．关于核聚变，下列说法正确的是(　　)
A．原子核必须在超高温下才能发生核聚变
B．任何两个原子核都可以发生核聚变
C．原子弹爆炸时释放的巨大能量来自核聚变
D．目前人类已经建成核电站，利用核聚变发电
A
3．下列关于放射线的说法正确的是(　　)
A．放射线无污染、无公害，利用简单、方便
B．在利用放射线时要注意进行有效防护和防止污染
C．放射线对人畜伤害严重，有弊无利
D．α射线和β射线是有利的，γ射线是有害的
B
4．核电站是利用铀核在________(填“裂变”或“聚变”)时释放的能量来发电的，在核反应堆中，发生的链式反应是________(填“可控”或“不可控”)的。
裂变
可控
谢谢

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