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第五章　原子核
第4节　核裂变与核聚变
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
新知导入
一 核裂变
重核在被中子轰击后分裂成两个质量差不多的较轻原子核,并放出核能的过程。
1.定义：
重核裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发产生
2.铀核的裂变
1938年，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变.
哈恩1879—1968，德国放射化学家和物理学家获1944年诺贝尔化学奖
1）发现：
2）裂变产物：多种多样
Xe和Sr
氙和锶
Ba和Kr
钡和氪
Sb和Nb
锑（tī）和铌（ní）
课堂探究
3）链式反应
当中子进入U235,使其分裂成几块，同时释放出2~3个中子，这些中子又引起其它铀核的裂变，这样裂变就会不断的进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应.
① 定义：
核裂变物质的体积大于或等于临界体积或核裂变物质的质量大于或等于临界质量。
② 必要条件：
原子弹
解析：用中子轰击 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。
例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
BC
典例精析
秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站,地处浙江省海盐县。
秦山核电站工程建设自1985年3月开工,1991年12月并网发电。
秦山核电站的建成发电,使我国成为世界上第7个能够自行设计、建造核电站的国家。
二 反应堆与核电站
课堂探究
1.核电站：
利用核能发电，它的核心设施是核反应堆，组成：
由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，它是核反应堆的燃料。
①铀棒：
石墨(或重水)作为慢化剂，附着在铀棒周围，使反应生成的快中子变为慢中子，便于被铀235“捉”住，发生核裂变。
②石墨(或重水)：
屏蔽射线，防止放射性污染。
④水泥防护层：
主要作用是吸收中子，控制反应速度，所以叫作控制棒。
③镉棒：
2.核电站优点：
①消耗的核燃料少
②污染小
一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30吨左右，而同样功率的火电站每年要消耗煤250万吨。核电站对环境的污染比火电站小。
聚变
裂变
核裂变与核聚变
三 核聚变
课堂探究
2013年1月5日中科院合肥物质研究院宣布，“人造太阳”实验装置辅助加热工程的中性束注入系统在综合测试平台上成功实现100秒长脉冲氢中性束引出。
2020年7月28日，国际热核聚变实验堆（ITER）计划重大工程安装启动仪式在法国该组织总部举行。
2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电。
1.核聚变：
2.发生条件:
例如：
原子核间距离在10-15m范围内,需要高温几百万度,所以聚变又叫热核反应.
轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变.
3．实例分析
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
氢弹，由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
(1)宇宙天体：
(2)核武器：
5．实现可控核聚变的方案：磁约束和惯性约束。
4．核聚变与核裂变相比有很多优点
(1)轻核聚变产能效率高；
(2)地球上核聚变燃料的储量丰富；
(3)轻核聚变更为安全、清洁。
典例精析
2、(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是(　　 )
A.铀棒是核燃料,裂变时释放核能
B.镉棒的作用是控制反应堆的功率
C.石墨的作用是吸收中子
D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
解析：铀棒是核燃料,裂变时可放出能量,故A正确;镉棒吸收中子的能力很强,作用是调节中子数目以控制反应速度,即控制反应堆功率,故B正确;慢中子最容易引发核裂变,所以在快中子碰到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,故C错误;水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也使反应堆冷却,控制温度,故D正确。
ABD
1.我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称为“人造太阳”）将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变方程是 .已知
、 、 和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．X是质子
B．大亚湾核电站利用核聚变发电
C．该核反应所释放的核能为
D． 和 的结合能之和大于的结合能
课堂达标
解析：A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是中子，A错误；
B．大亚湾核电站是利用重核裂变来发电，B错误；
C．根据质能方程，该核反应所释放的核能为
C正确；
D．比结合能大的原子核更稳定，一个氘核与一个氚核结合成一个核时，释放能量，则 更稳定，比结合能更大，核子数守恒，则 和 的比结合能之和小于 的比结合能，D错误。
故选C。答案：C
2.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（　　）
A． 是人工核反应
B． 是核裂变反应，该反应吸收能量
C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束
解析：A． 是核聚变反应，故A错误；
B． 是核裂变反应，反应过程中有质量亏损，则该反应放出能量，故B错误；
C．由于裂变容易控制且发生的条件比聚变更低，则目前的核电站是利用的裂变，但聚变产能效率高，故C错误；
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和惯性约束，故D正确。
故选D。
答案：D
T
谢谢观看
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