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第五节　裂变和聚变
［分值：60分］
1~8题每题4分，共32分
考点一　核裂变与链式反应
1.关于重核的裂变，以下说法正确的是 (　　)
A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C.重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少
D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
2.原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短的时间内能够释放大量的核能，发生猛烈爆炸。下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是 (　　)
AUThHe
BUnSrXe+1n
CNHCHe
DHHHen
3.(2024·佛山市模拟)在2023年10月28日举行的首届国际天然铀产业发展论坛中，我国宣布，通过“天空地深”一体化勘查技术发现了一批万吨至十万吨级铀矿床。天然铀中主要有铀238和铀235，其中，铀235的裂变方程为nKrBa+n，下列说法正确的是 (　　)
A.铀235裂变可以自发进行
B.反应方程中A=144，Z=53
CKr的比结合能大于U的比结合能
D.离地表越深，温度越高，铀235的半衰期也越大
考点二　核聚变
4.(2024·东莞市模拟)太阳内部有多种热核反应，其中一个反应方程是HH→ He+X，下列说法正确的是 (　　)
A.X是质子
B.该核反应属于α衰变
C.该核反应属于核聚变
D.该反应是现在核电站中的主要核反应
5.(2023·湛江市模拟)我国新一代人造太阳“中国环流三号”，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。“人造太阳”物理本质就是核聚变，由于其发生核聚变的原理和太阳发光发热的原理很相似，核反应方程为HHHe+X。下列说法正确的是 (　　)
A.该核反应不需要极高的温度也能发生
B.该核反应是核聚变反应，聚变反应过程吸收能量
C.核反应方程式中的X是电子
D.轻核聚变与重核裂变相比，聚变更为安全、清洁
6.(2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环，循环的结果可表示为He+e+2ν，已知H和He的质量分别为mp=1.007 8 u和mα=4.002 6 u，1 u=931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为 (　　)
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
考点三　核能的利用
7.核反应堆不锈钢外壳内除核燃料棒和控制棒以外还通入水，这些水除了起冷却作用外还起了 (　　)
A.使中子减速的作用
B.使中子加速的作用
C.吸收放射性物质的作用
D.吸收反应发出的射线的作用
8.统计显示，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列对于铀235相关的核反应的描述中，说法正确的是 (　　)
A.铀块的体积越小，越容易发生链式反应
B.发生链式反应的核反应方程为UBaKr+n
C.在核反应堆中，中子的速度越快，铀核越容易发生核裂变
D.核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，主要是为了调节中子数量，控制反应速度
9、10题每题5分，11题8分，共18分
9.(2024·广东开学考试)太阳内部所发生的核聚变反应称为p-p循环，其核反应方程为HH+X；HHHe；He+YHe+H。下列说法正确的是 (　　)
A.粒子X是中子
B.粒子Y是中子
C.反应①中，X是原子核中的中子转变为质子时释放的产物
DHe的比结合能大于H的比结合能
10.(多选)(2023·湛江市高二期末)铀核裂变的一种方程为U+XSrXe+n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有 (　　)
A.X粒子是中子
B.X粒子是质子
CU相比的比结合能最大，最稳定
DU相比的质量数最多，结合能最大，最稳定
11.(8分)铀核裂变的许多核反应中的其中一个是Un―→Kr+n。
(1)(3分)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量U、Kr的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV能量)；
(2)(5分)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少吨(t)煤释放的能量(NA=6.02×1023 mol-1，1 MeV=1.6×10-19 J，煤的热值为2.94×107 J/kg)？
12.(10分)2023年4月12日，中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现403秒稳态高约束模式等离子体运行。科研人员称该成果表明未来聚变实验堆高约束稳态运行具备可行性，对于探索未来聚变堆前沿物理等问题具有重要意义。一种典型的氢核聚变反应是两个氘核H)聚变成氦核He)，同时释放中子，已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV的能量。
(1)(2分)写出上述核反应方程式；
(2)(2分)求核反应中释放的核能(结果保留2位小数)；
(3)(6分)原子核具有足够的动能去克服库仑斥力，碰撞时十分接近，才可以发生核聚变。若两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，已知一个氘核动能大小为0.37 MeV，并且核反应释放的核能全部转化为动能，求反应中产生的中子和氦核的动能。
答案精析
1.D　［根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量，链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于或等于其临界体积，在裂变反应中核子数是不会减少的，故选D。］
2.B
3.C　［铀235的裂变需要中子轰击才能发生，故A错误；根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知A=235+1-89-3=144，Z=92-36=56，故B错误；核裂变会释放能量，则反应后的产物Kr的比结合能大于U的比结合能，故C正确；半衰期不随温度变化而变化，故D错误。］
4.C　［根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为HHHen，可知X是中子，故A错误；该核反应为热核反应，属于核聚变，故B错误，C正确；现在核电站中的主要核反应是核裂变，故D错误。］
5.D　［该反应为核聚变反应，聚变反应过程需要吸收能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距离，因此需要高温，但反应过程中会释放更大的能量，故选项A、B错误；由质量数守恒和电荷数守恒可得HHHen，即X为中子，故选项C错误；轻核聚变与重核裂变相比，聚变产物为He，无放射性，更为安全、清洁，废物数量少，故选项D正确。］
6.C　［核反应质量亏损Δm=4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u，释放的能量ΔE=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确。］
7.A
8.D　［要使链式反应发生，铀块必须达到临界体积，故A错误；只有中子轰击铀核，才能发生裂变反应，其核反应方程为UnBaKr+n，故B错误；在核反应堆中，中子的速度越快，会与铀235“擦肩而过”，铀核越不容易发生核裂变，故C错误；核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，可以吸收中子，主要是为了调节中子数量，控制反应速度，故D正确。］
9.D　［根据电荷数守恒和质量数守恒，可知X为正电子e，Y为He，故A、B错误；根据Hne可知，在核反应①中的正电子是原子核中质子转变为中子时释放的产物，故C错误；反应②中，因为生成物He比H更稳定，所以He的比结合能大于H的比结合能，故D正确。］
10.AC　［根据核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知X粒子的质量数为1，电荷数为0，故X粒子是中子，A正确，B错误；
根据题图可知U相比的比结合能最大，最稳定的质量数最多，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误。］
11.(1)200.6 MeV　(2)5.14×1026 MeV　2 797.3 t
解析　(1)裂变反应的质量亏损为
Δm=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7) u=0.215 3 u
一个铀235原子核裂变后释放的能量为
ΔE=0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV。
(2)1 kg铀235原子核中含原子核的个数为
N=×6.02×1023 个≈2.56×1024 个，
1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量
ΔEN=N·ΔE=2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV
设完全燃烧的煤的质量为m，有ΔEN=qm，
所以m== kg≈2 797.3 t。
12. (1HH―→n　(2)3.26 MeV　(3)3 MeV　1 MeV
解析　(1)由题意可写出氢核聚变反应方程式为HH―→n。
(2)核反应中质量亏损为Δm=2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u
释放的核能为
E=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。
(3)两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，故系统初动量为零，据动量守恒定律有0=p氦+p中
即产生的中子和氦核的动量大小相等，方向相反，由于Ek=mv2=
故中子和氦核的动能之比
Ek中∶Ek氦=m氦∶m中=3∶1，
中子和氦核的总动能
Ek总=2×0.37 MeV+3.26 MeV=4 MeV
可解得Ek中=3 MeV，Ek氦=1 MeV。第五节　裂变和聚变
［学习目标］　1.知道什么是核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件(重点)。2.会书写裂变和聚变方程，会利用质量亏损计算裂变和聚变产生的核能(重难点)。3.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
一、核裂变与链式反应
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？
1.核裂变：一个重核分裂成两个　　　　的核时，会　　　　出能量，这种核反应叫作核裂变。
2.链式反应：一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程　　　　　　　下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫作链式反应。
3.铀核裂变典型反应nKrBa+　　　　。
4.临界体积：能够发生链式反应的铀块　　　体积叫作它的临界体积。
如图所示为核裂变示意图。
(1)重核裂变是一种天然现象吗？
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
例1　2020年11月27日0时41分，“华龙一号”福清核电站5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。“华龙一号”利用的是铀核裂变释放的核能，其裂变方程为Un→XSr+n，则下列叙述正确的是 (　　)
A.裂变后粒子的总核子数减少
B.X原子核中含有85个中子
C.裂变反应前后质量没有变化
D.裂变后新核的平均结合能比铀核的小
1.重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程。
2.重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小。所以在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。
例2　若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出铀核裂变的核反应方程；
(2)求一个U俘获一个中子发生上述裂变所释放的能量。(结果保留2位有效数字)










二、核聚变及受控热核反应
1.核聚变：两个轻核聚合成一个　　　　的核时，也会释放出能量，这种核反应叫作核聚变。
2.核反应方程HHen。
3.条件：使原子核的距离接近到　　　　 m。
方法：加热到很高的　　　　，因此核聚变又叫作热核反应。
4.宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核　　　　成氦核释放的核能。
5.人工热核反应的应用——氢弹
原理：首先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。
例3　(2023·中山市高二期末)“中国超环”利用了轻核聚变，其核反应方程为HHHe+X。下列说法正确的是 (　　)
A.X是电子
B.聚变过程中吸收能量
CHe的比结合能大于H的比结合能
D.聚变过程中质量数不守恒
三、核能利用
1.目前，人类主要是开发利用　　　　　　，为了人工控制链式反应的速度，使核能平缓地释放出来，人们制成了核反应堆。
2.核反应堆的组成
(1)燃料：　　　　(天然铀或浓缩铀)。
(2)慢化剂：　　　　、　　　　，使裂变产生的快中子减速。
(3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度。
3.工作原理
核燃料发生　　　　　　　　释放的核能转变为热能，使反应堆温度升高，水、液态钠等流体在反应堆内外　　　　　　　　，把反应堆内的　　　　传输出去，用于　　　　，同时也使反应堆冷却。
4.核污染的处理
在核反应堆的外面需要修建很厚的　　　　　　　　，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的　　　　　　　，需要装入特制的容器中，埋入　　　　　　来处理。
5.核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等地球上可采储量大，所能提供的能量大。
(3)对环境的污染比火力发电小。
例4　如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是 (　　)
A.正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大量α粒子
B.中子速度越快越容易发生链式反应
C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度
D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
答案精析
一、
铀核的裂变。
梳理与总结
1.较轻　释放
2.自己持续
3.n
4.最小
讨论与交流
（1）重核裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，所以重核裂变不是一种天然现象。
（2）不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于或等于临界体积，才会发生链式反应。
例1　B　［核反应过程中，质量数守恒，所以裂变后粒子的总核子数不变，A错误；设X原子核中有x个质子，质量数为y，则92=x+38，235+1=y+95+1×2，解得x=54，y=139，所以X原子核中含有中子数为y-x=85，B正确；裂变释放核能，所以有质量亏损，C错误；裂变释放核能是因为新核的平均结合能比铀核的大，新核较稳定，D错误。］
例2　(1UnSrXe+1n
(2)1.4×102 MeV
解析　(1)根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒有UnSrXe+1n。
(2)该核反应的质量亏损为
Δm=(235.043 9+1.008 7) u-(89.907 7+135.907 2+10×1.008 7) u=0.150 7 u；
释放的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV。
二、
1.较重　3.10-15　温度
4.聚变
例3　C　［核反应方程中质量数与电荷数守恒，故X质量数为2+3-4=1，电荷数为1+1-2=0，故X不是电子，故A、D错误；核聚变反应过程放出能量，故B错误；比结合能越大，原子核越稳定，故He的比结合能大于H的比结合能，故C正确。］
三、
1.核裂变
2.（1）铀棒　（2）石墨　重水
3.核裂变　循环流动　热量　发电
4.水泥防护层　放射性　深地层
例4　C　［正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故A错误；中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。］(共49张PPT)
DIWUZHANG
第五章
第五节　裂变和聚变
1.知道什么是核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件(重点)。
2.会书写裂变和聚变方程，会利用质量亏损计算裂变和聚变产生的核能(重难点)。
3.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
学习目标
一、核裂变与链式反应
二、核聚变及受控热核反应
课时对点练
三、核能利用
内容索引
核裂变与链式反应
一
1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？
答案　铀核的裂变。
1.核裂变：一个重核分裂成两个 的核时，会 出能量，这种核反应叫作核裂变。
2.链式反应：一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程 下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫作链式反应。
3.铀核裂变典型反应_____。
4.临界体积：能够发生链式反应的铀块 体积叫作它的临界体积。
梳理与总结
较轻
释放
自己持续
最小
n
如图所示为核裂变示意图。
讨论与交流
(1)重核裂变是一种天然现象吗？
答案　重核裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，所以重核裂变不是一种天然现象。
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
答案　不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于或等于临界体积，才会发生链式反应。
　2020年11月27日0时41分，“华龙一号”福清核电站5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。“华龙一号”利用的是铀核裂变释放的核能，其裂变方程为n，则下列叙述正确的是
A.裂变后粒子的总核子数减少
B.X原子核中含有85个中子
C.裂变反应前后质量没有变化
D.裂变后新核的平均结合能比铀核的小
例1
√
核反应过程中，质量数守恒，所以裂变后粒子的总核子数不变，A错误；
设X原子核中有x个质子，质量数为y，则92=x+38，235+1=y+95+1×2，解得x=54，y=139，所以X原子核中含有中子数为y-x=85，B正确；
裂变释放核能，所以有质量亏损，C错误；
裂变释放核能是因为新核的平均结合能比铀核的大，新核较稳定，D错误。
总结提升
1.重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程。
2.重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小。所以在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。
　若Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出铀核裂变的核反应方程；
例2
答案　n
根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒有n。
(2)求一个U俘获一个中子发生上述裂变所释放的能量。(结果保留2位有效数字)
答案　1.4×102 MeV
该核反应的质量亏损为
Δm=(235.043 9+1.008 7) u-(89.907 7+135.907 2+10×1.008 7) u=0.150 7 u；
释放的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV。
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核聚变及受控热核反应
二
1.核聚变：两个轻核聚合成一个 的核时，也会释放出能量，这种核反应叫作核聚变。
2.核反应方程n。
3.条件：使原子核的距离接近到 m。
方法：加热到很高的 ，因此核聚变又叫作热核反应。
4.宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核 成氦核释放的核能。
5.人工热核反应的应用——氢弹
原理：首先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。
较重
10-15
温度
聚变
　(2023·中山市高二期末)“中国超环”利用了轻核聚变，其核反应方程为He+X。下列说法正确的是
A.X是电子
B.聚变过程中吸收能量
CH的比结合能
D.聚变过程中质量数不守恒
例3
√
核反应方程中质量数与电荷数守恒，故X质量数为2+3-4=1，电荷数为1+1-2=0，故X不是电子，故A、D错误；
核聚变反应过程放出能量，故B错误；
比结合能越大，原子核越稳定，故He的比结合能大于H的比结合能，故C正确。
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核能利用
三
1.目前，人类主要是开发利用 ，为了人工控制链式反应的速度，使核能平缓地释放出来，人们制成了核反应堆。
2.核反应堆的组成
(1)燃料： (天然铀或浓缩铀)。
(2)慢化剂： 、 ，使裂变产生的快中子减速。
(3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度。
3.工作原理
核燃料发生 释放的核能转变为热能，使反应堆温度升高，水、液态钠等流体在反应堆内外 ，把反应堆内的 传输出去，用于 ，同时也使反应堆冷却。
核裂变
铀棒
石墨
重水
核裂变
循环流动
热量
发电
4.核污染的处理
在核反应堆的外面需要修建很厚的 ，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的 ，需要装入特制的容器中，埋入 来处理。
5.核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等地球上可采储量大，所能提供的能量大。
(3)对环境的污染比火力发电小。
水泥防护层
放射性
深地层
　如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是
A.正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到
大量α粒子
B.中子速度越快越容易发生链式反应
C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度
D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关
例4
√
正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故A错误；
中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；
利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；
核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。
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课时对点练
四
考点一　核裂变与链式反应
1.关于重核的裂变，以下说法正确的是
A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C.重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少
D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核
裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
基础对点练
√
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量，链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于或等于其临界体积，在裂变反应中核子数是不会减少的，故选D。
2.原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短的时间内能够释放大量的核能，发生猛烈爆炸。下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是
AHe
B.n
CHe
Dn
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
3.(2024·佛山市模拟)在2023年10月28日举行的首届国际天然铀产业发展论坛中，我国宣布，通过“天空地深”一体化勘查技术发现了一批万吨至十万吨级铀矿床。天然铀中主要有铀238和铀235，其中，铀235的裂变方程为n，下列说法正确的是
A.铀235裂变可以自发进行
B.反应方程中A=144，Z=53
C.U的比结合能
D.离地表越深，温度越高，铀235的半衰期也越大
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铀235的裂变需要中子轰击才能发生，故A错误；
根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知A=235+1-89-3=144，Z=92-36=56，故B错误；
核裂变会释放能量，则反应后的产物Kr的比结合能大于U的比结合能，故C正确；
半衰期不随温度变化而变化，故D错误。
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考点二　核聚变
4.(2024·东莞市模拟)太阳内部有多种热核反应，其中一个反应方程是+X，下列说法正确的是
A.X是质子
B.该核反应属于α衰变
C.该核反应属于核聚变
D.该反应是现在核电站中的主要核反应
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根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为n，可知X是中子，故A错误；
该核反应为热核反应，属于核聚变，故B错误，C正确；
现在核电站中的主要核反应是核裂变，故D错误。
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5.(2023·湛江市模拟)我国新一代人造太阳“中国环流三号”，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。“人造太阳”物理本质就是核聚变，由于其发生核聚变的原理和太阳发光发热的原理很相似，核反应方程为He+X。下列说法正确的是
A.该核反应不需要极高的温度也能发生
B.该核反应是核聚变反应，聚变反应过程吸收能量
C.核反应方程式中的X是电子
D.轻核聚变与重核裂变相比，聚变更为安全、清洁
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该反应为核聚变反应，聚变反应过程需要吸收
能量才能使轻核间的距离接近到发生聚变的距
离，因此需要高温，但反应过程中会释放更大
的能量，故选项A、B错误；
由质量数守恒和电荷数守恒可得n，即X为中子，故选项C错误；
轻核聚变与重核裂变相比，聚变产物为He，无放射性，更为安全、清洁，废物数量少，故选项D正确。
6.(2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环，循环的结果可表示为
He的过程中，释放的能量约为
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
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核反应质量亏损Δm=4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u，释放的能量ΔE=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确。
考点三　核能的利用
7.核反应堆不锈钢外壳内除核燃料棒和控制棒以外还通入水，这些水除了起冷却作用外还起了
A.使中子减速的作用
B.使中子加速的作用
C.吸收放射性物质的作用
D.吸收反应发出的射线的作用
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8.统计显示，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列对于铀235相关的核反应的描述中，说法正确的是
A.铀块的体积越小，越容易发生链式反应
B.发生链式反应的核反应方程为n
C.在核反应堆中，中子的速度越快，铀核越容易发生核裂变
D.核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，主要是为了调节中子数量，
控制反应速度
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要使链式反应发生，铀块必须达到临界体积，故A错误；
只有中子轰击铀核，才能发生裂变反应，其核反应方程为
n，故B错误；
在核反应堆中，中子的速度越快，会与铀235“擦肩而过”，铀核越不容易发生核裂变，故C错误；
核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，可以吸收中子，主要是为了调节中子数量，控制反应速度，故D正确。
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9.(2024·广东开学考试)太阳内部所发生的核聚变反应称为p-p循环，其核反应方程为
H。下列说法正确的是
A.粒子X是中子
B.粒子Y是中子
C.反应①中，X是原子核中的中子转变为质子时释放的产物
DH的比结合能
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根据电荷数守恒和质量数守恒，可知X为正电子e，Y为He，故A、B错误；
根据e可知，在核反应①中的正电子是原子核中质子转变为中子时释放的产物，故C错误；
反应②中，因为生成物He比H更稳定，所以He的比结合能大于H的比结合能，故D正确。
10.(多选)(2023·湛江市高二期末)铀核裂变的一种方程为n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有
A.X粒子是中子
B.X粒子是质子
C.相比的比
结合能最大，最稳定
D.相比的质
量数最多，结合能最大，最稳定
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根据核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知X粒子的质量数为1，电荷数为0，故X粒子是中子，A正确，B错误；
根据题图可知U
相比Sr的比结合能最大，最稳定的质量数最多，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误。
11.铀核裂变的许多核反应中的其中一个是n―→n。
(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量U的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV能量)；
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答案　200.6 MeV　
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裂变反应的质量亏损为
Δm=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7) u=0.215 3 u
一个铀235原子核裂变后释放的能量为
ΔE=0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV。
(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少吨(t)煤释放的能量(NA=6.02×1023 mol-1，1 MeV=1.6×10-19 J，煤的热值为2.94×107 J/kg)？
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答案　5.14×1026 MeV　2 797.3 t
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1 kg铀235原子核中含原子核的个数为
N=×6.02×1023 个≈2.56×1024 个，
1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量
ΔEN=N·ΔE=2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV
设完全燃烧的煤的质量为m，有ΔEN=qm，
所以m= kg≈2 797.3 t。
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12.2023年4月12日，中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录，成功实现403秒稳态高约束模式等离子体运行。科研人员称该成果表明未来聚变实验堆高约束稳态运行具备可行性，对于探索未来聚变堆前沿物理等问题具有重要意义。一种典型的氢核聚变反应是两个氘核H)聚变成氦核He)，同时释放中子，已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV的能量。
尖子生选练
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(1)写出上述核反应方程式；
答案　H―→n　
由题意可写出氢核聚变反应方程式为H―→n。
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(2)求核反应中释放的核能(结果保留2位小数)；
答案　3.26 MeV　
核反应中质量亏损为
Δm=2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u
释放的核能为
E=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。
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(3)原子核具有足够的动能去克服库仑斥力，碰撞时十分接近，才可以发生核聚变。若两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，已知一个氘核动能大小为0.37 MeV，并且核反应释放的核能全部转化为动能，求反应中产生的中子和氦核的动能。
答案　3 MeV　1 MeV
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两个氘核以相等的动能进行对心碰撞，故系统初动量为零，据动量守恒定律有0=p氦+p中
即产生的中子和氦核的动量大小相等，方向相反，由于Ek=
故中子和氦核的动能之比
Ek中∶Ek氦=m氦∶m中=3∶1，
中子和氦核的总动能
Ek总=2×0.37 MeV+3.26 MeV=4 MeV
可解得Ek中=3 MeV，Ek氦=1 MeV。
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