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第4、5节　核裂变与核聚变　“基本”粒子
(赋能课—精细培优科学思维)
课标要求 学习目标
1.了解核裂变反应和核聚变反应。2.关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。3.了解人类对物质结构的探索历程。 1.知道核裂变与核聚变、链式反应及粒子的基本概念，了解原子弹、核反应堆、聚变反应条件、新粒子的内容。2.掌握链式反应及核裂变释放能量的计算，理解核电站的工作原理，掌握轻核聚变的条件，提高分析、解决问题的能力。
一、核裂变
1．核裂变的发现
(1)发现：1938年年底，德国物理学家______和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现了________的裂变。
(2)定义：重核被中子轰击后分裂成两个质量________的新原子核，并放出________的过程。
(3)铀核裂变：用________轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应方程是U＋________―→Ba＋Kr＋________。
(4)链式反应：当一个________引起一个重核裂变后，裂变释放的________再引起其他重核裂变，且能不断继续下去的核裂变反应。
(5)链式反应的条件：发生核裂变物质的体积大于等于__________或发生核裂变物质的质量大于等于__________。
2．反应堆：可以控制__________释放核能的装置。
3．核电站
(1)组成
核电站是利用核能发电，它的核心设施是__________，它主要由以下几部分组成：
①燃料：________。
②慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用________、重水或普通水作慢化剂。
③控制棒：由吸收________能力很强的镉制成，用以控制链式反应的速度。
(2)工作原理：核燃料________释放的能量使反应区温度升高。
(3)能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外__________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。
(4)核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和________物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线，核反应堆用过的核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，深埋地下。
二、核聚变
1．定义：两个轻核结合成________的核，并释放出________的反应。
2．典型的核反应方程：H＋H―→________＋n＋17.6 MeV。
3．条件：要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离________ m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，温度高达几百万开尔文，因此核聚变又叫__________。
4．太阳能：太阳的主要成分是__________，太阳的中心温度可达1.6×107 K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，不断地放出能量。太阳能就来自于太阳内部________释放的核能。
5．应用：目前，人工产生的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热核爆炸。
6．核聚变的优点：第一，轻核聚变产能效率高。第二，地球上核聚变燃料氘储量丰富。第三，轻核聚变更为安全、清洁。
7．核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。
8．控制方法
(1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前性能最好的一种磁约束装置是________。
(2)惯性约束：在惯性约束下，用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应，核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。
三、“基本”粒子
1．“基本”粒子不基本
(1)直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。后来发现了电子、质子和中子，于是认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子。
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现______、______等本身也有自己的复杂结构。
[微情境·大道理]
1．如图所示，为铀核裂变示意图，请对以下说法作出判断：
(1)铀核裂变是一种天然放射现象。(　　)
(2)铀核裂变的产物是固定的，就是生成钡和氪，同时放出3个中子。(　　)
(3)只有铀块的体积大于临界体积时，才能够发生链式反应。(　　)
(4)核反应堆用过的核废料无毒无害。(　　)
2．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。
请对以下说法作出判断：
(1)核原料与火力发电所用煤相比，便于运输和储存。(　　)
(2)在核电站，核裂变释放的大量核能可以直接用于发电。(　　)
(3)核电站中控制核反应速度用的是镉做成的镉棒。(　　)
3．万物生长靠太阳，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗？
4．如图所示，为氢弹爆炸形成的蘑菇云，实际上氢弹爆炸是由原子弹爆炸产生的高温高压引发的，那么氢弹中核聚变反应为什么需要几百万开尔文的高温呢？
,2.发现新粒子
(1)1932年发现了________，1937年发现了 ______，1947年发现了 ________和________，及以后的质量比质子的质量大很多的________。
(2)20世纪70年代以后发现的新粒子
1971～1980年间发现τ子、胶子、J/Ψ介子
1981～1990年间发现W和Z玻色子
1991～2000年间发现τ子中微子
2001至今发现希格斯玻色子
(3)反粒子：质量、寿命、自旋等物理性质与过去已发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反。例如，电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子。
3．粒子的分类
现在发现的粒子达400多种，它们大体可分为____________、____________、规范玻色子和希格斯玻色子四大类。
4．夸克模型
1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由更基本的成分组成，这种成分叫作________，夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。,5.质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫反粒子。例如，电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子。反粒子最显著的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发生湮灭，即同时转化为其他粒子。是否所有的粒子都有反粒子？
强化点(一)　重核裂变与核能计算
任务驱动　
如图为核裂变示意图。
(1)试写出一种铀核裂变的核反应方程。
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
[要点释解明]
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，核裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
(3)常见的裂变方程：
①U＋n―→Xe＋Sr＋2n；
②U＋n―→Ba＋Kr＋3n。
2．链式反应的条件
(1)有慢中子轰击。
(2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量。
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变时放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的化学能。
4．铀235比铀238更易发生链式反应
在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同。
(1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大。
(2)铀238：只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的概率小。能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变。
因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235。
[典例]　现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：U＋n―→Nd＋Zr＋3n＋8e＋ν
(1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零。试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；
(2)已知铀(U)核的质量为235.049 3 u，中子质量为1.008 7 u，钕(Nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为89.904 7 u。又知1 u＝1.660 6×10－27 kg，试计算，1 kg铀235大约能产生的能量是多少？
尝试解答：
[题点全练清]
1．(2024·北京海淀高二质检)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，一种裂变反应式是U＋n―→Ba＋Kr＋3n。下列说法正确的有(　　)
A．铀块体积对链式反应的发生无影响
B．反应堆中铀核的反应速度可以人工控制
C．反应方程左边物质的能量之和大于反应方程右边物质的能量之和
D．反应方程左边物质的结合能之和小于反应方程右边物质的结合能之和
2．(2024·嘉兴高二阶段练习)(多选)浙江秦山核电站第三期工程有两个70万千瓦发电机组已并网发电。发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是(　　)
A.U裂变时释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小
B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为U＋n―→Ba＋Kr＋3n
C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短
D．一个U核裂变能放出约200 MeV的能量，约3.2×10－11 J
强化点(二)　核电站的主要组成及工作原理
任务驱动　
如图所示为核电站工作流程示意图：
核电站的核心设施是什么？
[要点释解明]
1．核电站的主要组成
核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要组成如表格：
慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层
采用的材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态的金属钠 很厚的水泥防护层
作用 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子，控制反应速度 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线，防止放射性污染
2．反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图。铀棒是燃料，由天然铀或者浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，常用石墨、重水或普通水(也叫轻水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生核裂变，慢化剂附在铀棒周围。
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢；插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快。采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态的金属钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去 ，用于推动汽轮发电机发电。发生核裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
3．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上储量大，所能提供的能量大。
(3)对环境的污染要比火力发电小。
[题点全练清]
1．随着时代的发展，能源危机逐渐形成，现在科学家正在努力寻找新能源。核能是现今比较普遍利用的能源之一，核电站利用核能发电是人类利用核能的重要手段。据你判断，现已建成的核电站的能量来自(　　)
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
2．如图所示是当前核电站普遍使用的核反应堆的示意图，关于该反应堆中进行的核反应，下列说法中正确的是(　　)
A．图示装置中进行的核反应类型是核聚变
B．要使核反应速度减慢，可以将铀棒插入得更深
C．裂变反应的燃料是铀，反应过程质量不守恒
D．石墨起到降低反应温度的作用
3．核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由哪四部分组成(　　)
A．原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统
C．原子燃料、慢化剂、碰撞系统和传热系统
D．原子燃料、中子源、原子能储存系统和输送系统
强化点(三)　核聚变及其应用
任务驱动　
如图为氢弹原理示意图。
(1)核聚变需要满足什么条件？
(2)为什么要用原子弹才能引爆氢弹？
[要点释解明]
1．核聚变发生的条件
要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10－15 m以内，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。
2．轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性：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。
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。
(2)可控热核反应：目前处于探索阶段。
[典例]　太阳正处于主序星演化阶段，它主要由电子和H、He等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出两个正电子(e)。已知光速c＝3×108 m/s，氢核质量mp＝1.672 6×10－27 kg，氦核质量mα＝6.645 8×10－27 kg，正电子质量me＝0.91×10－30 kg。则：(要求计算结果保留两位有效数字)
(1)请写出题中所述核聚变的核反应方程；
(2)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能；
(3)已知地球的半径R＝6.4×106 m，日地中心距离r＝1.5×1011 m，忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失，每秒地球表面接收到的太阳辐射的总能量为P＝1.8×1017 J，求每秒太阳辐射的正电子个数。
尝试解答：
[题点全练清]
1.(2024·徐州高二检测)如图所示为氘核与氚核的核聚变示意图。下列说法正确的是(　　)
A．目前核电站主要利用核聚变来发电
B．与轻核聚变相比，重核裂变更安全更清洁
C．要使氘核与氚核接近到可以聚变的距离，需要给它们提供足够的动能
D．要使核聚变持续发生，需要外界持续不断的提供能量
2．(2024·浙江1月选考)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1，氘核摩尔质量为2 g·mol－1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程式为H＋H―→He＋n
B．氘核的比结合能比氦核的大
C．氘核与氚核的间距达到10－10 m就能发生核聚变
D．4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
强化点(四)　粒子的发现和分类
任务驱动　
已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们所带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。
粒子 π＋ π－ u d
电荷量 ＋e －e ＋e －e －e ＋e
(1)π＋应由哪两个组成？
(2)π－又应由哪两个组成？
[要点释解明]
1．粒子的分类
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注
强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子 强子有内部结构，由夸克构成
轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未发现内部结构
规范玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用
希格斯玻色子 — — 希格斯玻色子是这几种基本粒子中最后一个被发现的
2．夸克模型
(1)夸克的提出：1964年，美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。
(2)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。
(3)夸克所带电荷：夸克所带的电荷分别为元电荷的－或＋。
(4)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。
[题点全练清]
1．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(　　)
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
2．(多选)由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将其安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质。所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反，例如反质子即为H。假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，通过OO′进入匀强磁场B2而形成图中的4条径迹，则(　　)
A．1、2是反粒子径迹　B．3、4为反粒子径迹
C．2为反α粒子径迹　 D．4为反α粒子径迹
3．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克所带的电荷量为＋e，d夸克所带的电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　　)
A．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
第4、5节　核裂变与核聚变　“基本”粒子
一、1.(1)哈恩　铀核　(2)差不多　核能　(3)中子　n　3n
(4)中子　中子　(5)临界体积　临界质量　2.链式反应
3．(1)核反应堆　①铀棒　②石墨　③中子　(2)裂变　(3)循环流动　(4)放射性　水泥层　放射性
二、1.质量较大　能量　2.He　3.10－15　库仑斥力　热核反应　4.氢　核聚变　5.氢弹　原子弹　8.(1)环流器　
三、1.(2)质子　中子　2.(1)正电子　μ子　K介子　π介子　超子　3.强子　轻子　4.夸克　
[微情境·大道理]
1．(1)×　(2)×　(3)√　(4)×
2．(1)×　(2)×　(3)√
3．提示：来源于太阳内部的核聚变反应。
4．提示：要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离数量级为10－15 m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力，就需要原子核具有非常大的动能才会使它们撞到一起，当温度达到几百万开尔文，原子核就可以具有这样大的动能。
5．提示：从粒子的对称性可知，有一个粒子，就应该有一个反粒子。
强化点(一)　
[任务驱动]　提示：(1)U＋n―→Ba＋Kr＋3n。
(2)有慢中子轰击铀块，铀块的体积大于临界体积，这样就可以产生链式反应。
[典例]　解析：(1)根据电荷数和质量数守恒可得，
Zr的电荷数Z＝92－60＋8＝40，
质量数A＝236－143－3×1＝90。
(2)1个铀核发生反应的质量亏损为Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)
＝0.217 4 u＝0.217 4×1.660 6×10－27 kg
≈3.61×10－28 kg，
产生的能量ΔE＝Δmc2＝3.61×10－28×(3×108)2 J
≈3.25×10－11 J，
1 kg铀235含有铀核的数量n＝个≈2.56×1024个
1 kg铀235产生的能量E总＝nΔE＝2.56×1024×3.25×10－11 J
＝8.32×1013 J。
答案：(1)40　90　(2)8.32×1013 J
[题点全练清]
1．选BCD　铀块体积需要达到临界体积才能发生链式反应，所以铀块体积对链式反应的发生有影响，故A错误；反应堆中铀核的反应速度可以通过插入控制棒(镉棒)进行人工控制，故B正确；由于该反应为放能反应，所以反应方程左边物质的能量之和大于反应方程右边物质的能量之和，反应方程左边物质的结合能之和小于反应方程右边物质的结合能之和，故C、D正确。
2．选BD　U裂变时，核子数、质量数守恒，只是重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，产生质量亏损，释放核能，故A错误；根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知，B正确；U的半衰期由核内部自身的因素决定，不会随环境温度的变化而改变，故C错误；200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，故D正确。
强化点(二)　
[任务驱动]　提示：核反应堆。
[题点全练清]
1．选C　现已建成的核电站的能量来自重核裂变放出的能量，故C正确。
2．选C　题图示装置中进行的核反应类型是核裂变，故A错误；将铀棒插入得更深，中子接触的铀原子核更多，反应加剧，故B错误；裂变反应的燃料是铀，反应过程发生质量亏损，质量不守恒，故C正确；石墨主要是将快中子变为慢中子，故D错误。
3．选A　核反应堆里用的核燃料是由天然铀或浓缩铀(铀235占2%～4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用慢化剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度，它是由置放在铀棒之间的一些镉棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态的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，同时使反应堆冷却，保证安全。
强化点(三)　
[任务驱动]　提示：(1)要使轻核聚变，必须使轻核的距离达到10－15 m以内。
(2)利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。
[典例]　解析：(1)根据核反应方程质量数和核电荷数守恒，则核聚变反应的核反应方程为4H―→He＋2e。
(2)根据质量亏损和质能关系，可知每发生一次该核反应释放的核能为ΔE＝(4mp－2me－mα)c2；代入数据解得ΔE≈3.9×10－12 J。
(3)设每秒钟太阳辐射的正电子个数为N，则每秒钟发生核聚变的次数为
太阳辐射的能量是以球面波的形式传播，根据能量守恒定律，则有P·＝·ΔE，所以有N＝
代入数据解得：N≈2×1038个。
答案：(1)4H―→He＋2e　(2)3.9×10－12 J　(3)2×1038个
[题点全练清]
1．选C　目前核电站主要利用重核裂变释放的能量来发电，故A错误；轻核聚变与重核裂变相比，轻核聚变更为安全、清洁，故B错误；要使氘核与氚核接近到可以聚变的距离，需要给它们提供足够的动能，故C正确；核聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去，故D错误。
2．选D　核反应方程式为H＋H―→He＋n，故A错误；氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；要使氘核与氚核发生核聚变，必须使它们间的距离达到10－15 m以内，故C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损Δm＝(2.014 1＋3.016 1－4.002 6－1.008 7)u＝0.018 9 u，聚变反应释放的能量为ΔE＝Δm·931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出能量E＝×6×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，故D正确。
强化点(四)　
[任务驱动]　提示：(1)由于π＋介子带有＋e的电荷量，应由夸克u和反夸克组成。
(2)同理π－介子带有－e的电荷量，应由夸克d和反夸克组成。
[题点全练清]
1．选A　宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D错误。
2．选AC　由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转，反质子、反α粒子向左偏转，故A正确，B错误；进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度，由偏转半径R＝ 知，反α粒子、α粒子在磁场中的半径大，C正确，D错误。
3．选B　质子 H所带的电荷量为2×e＋＝e，中子 n所带的电荷量为e＋2×＝0，结合不同夸克的带电荷量可知，B正确。
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第4、5节
核裂变与核聚变　“基本”粒子
(赋能课 ——精细培优科学思维)
课标要求 学习目标
1.了解核裂变反应和核聚变反应。 2.关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。 3.了解人类对物质结构的探索历程。 1.知道核裂变与核聚变、链式反应及粒子的基本概念，了解原子弹、核反应堆、聚变反应条件、新粒子的内容。
2.掌握链式反应及核裂变释放能量的计算，理解核电站的工作原理，掌握轻核聚变的条件，提高分析、解决问题的能力。
1
课前预知教材/落实主干基础
2
课堂精析重难/深度发掘知能
3
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
课前预知教材/落实主干基础
一、核裂变
1.核裂变的发现
(1)发现:1938年年底，德国物理学家______和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现了______的裂变。
(2)定义:重核被中子轰击后分裂成两个质量________的新原子核，并放出______的过程。
哈恩
铀核
差不多
核能
(3)铀核裂变:用______轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应方程是U+___BaKr+_____。
(4)链式反应:当一个______引起一个重核裂变后，裂变释放的______再引起其他重核裂变，且能不断继续下去的核裂变反应。
(5)链式反应的条件:发生核裂变物质的体积大于等于_________或发生核裂变物质的质量大于等于_________。
2.反应堆:可以控制__________释放核能的装置。
中子
n
n
中子
中子
临界体积
临界质量
链式反应
3.核电站
(1)组成
核电站是利用核能发电，它的核心设施是__________，它主要由以下几部分组成:
①燃料:______。
②慢化剂:铀235容易捕获慢中子发生反应，采用______、重水或普通水作慢化剂。
核反应堆
铀棒
石墨
③控制棒:由吸收______能力很强的镉制成，用以控制链式反应的速度。
(2)工作原理:核燃料_______释放的能量使反应区温度升高。
(3)能量输出:利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外___________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。
中子
裂变
循环流动
(4)核污染的处理:为避免射线对人体的伤害和_________物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线，核反应堆用过的核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，深埋地下。
放射性
水泥层
放射性
二、核聚变
1.定义:两个轻核结合成__________的核，并释放出______的反应。
2.典型的核反应方程HH→_____n+17.6 MeV。
3.条件:要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离_______以内，核力才能起作用。
质量较大
能量
He
10-15 m
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，温度高达几百万开尔文，因此核聚变又叫__________。
4.太阳能:太阳的主要成分是____，太阳的中心温度可达1.6×107 K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，不断地放出能量。太阳能就来自于太阳内部_________释放的核能。
库仑斥力
热核反应
氢
核聚变
5.应用:目前，人工产生的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热核爆炸。
6.核聚变的优点:第一，轻核聚变产能效率高。第二，地球上核聚变燃料氘储量丰富。第三，轻核聚变更为安全、清洁。
7.核聚变的难点:地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。
氢弹
原子弹
8.控制方法
(1)磁约束:利用磁场约束参加反应的物质，目前性能最好的一种磁约束装置是________。
(2)惯性约束:在惯性约束下，用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应，核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。
环流器
三、“基本”粒子
1.“基本”粒子不基本
(1)直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。后来发现了电子、质子和中子，于是认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子。
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子都不是由质子、中子、电子组成的，又发现_____、_____等本身也有自己的复杂结构。
质子
中子
2.发现新粒子
(1)1932年发现了_______，1937年发现了 _____，1947年发现了_______和_______，及以后的质量比质子的质量大很多的______。
(2)20世纪70年代以后发现的新粒子
1971~1980年间发现τ子、胶子、J/Ψ介子
1981~1990年间发现W和Z玻色子
1991~2000年间发现τ子中微子
2001至今发现希格斯玻色子
正电子
μ子
K介子
π介子
超子
(3)反粒子:质量、寿命、自旋等物理性质与过去已发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反。例如，电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子。
3.粒子的分类
现在发现的粒子达400多种，它们大体可分为______、_____、规范玻色子和希格斯玻色子四大类。
强子
轻子
4.夸克模型
1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由更基本的成分组成，这种成分叫作______，夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。
夸克
1.如图所示，为铀核裂变示意图，请对以下说法作出判断:
微情境·大道理
(1)铀核裂变是一种天然放射现象。 ( )
(2)铀核裂变的产物是固定的，就是生成钡和氪，同时放出3个中子。 ( )
(3)只有铀块的体积大于临界体积时，才能够发生链式反应。
( )
(4)核反应堆用过的核废料无毒无害。 ( )
×
×
×
√
2.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。
请对以下说法作出判断:
(1)核原料与火力发电所用煤相比，便于运输和储存。 ( )
(2)在核电站，核裂变释放的大量核能可以直接用于发电。 ( )
(3)核电站中控制核反应速度用的是镉做成的镉棒。 ( )
×
×
√
3.万物生长靠太阳，太阳在我们日常生活中是不可替代的，它提供给地球足够的能源，太阳一旦没有了，那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗
提示:来源于太阳内部的核聚变反应。
4.如图所示，为氢弹爆炸形成的蘑菇云，实际上氢弹爆炸是由原子弹爆炸产生的高温高压引发的，那么氢弹中核聚变反应为什么需要几百万开尔文的高温呢
提示:要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离数量级为10-15 m，在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力，就需要原子核具有非常大的动能才会使它们撞到一起，当温度达到几百万开尔文，原子核就可以具有这样大的动能。
5.质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫反粒子。例如，电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子。反粒子最显著
的特点是当它们与相应的正粒子相遇时，会发
生湮灭，即同时转化为其他粒子。是否所有的
粒子都有反粒子
提示:从粒子的对称性可知，有一个粒子，就应该有一个反粒子。
课堂精析重难/深度发掘知能
如图为核裂变示意图。
强化点(一)　重核裂变与核能计算
任务驱动
(1)试写出一种铀核裂变的核反应方程。
提示:UnBaKr+n。
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗
提示:有慢中子轰击铀块，铀块的体积大于临界体积，这样就可以产生链式反应。
1.铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发:当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。
(2)核子分裂:核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，核裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
要点释解明
(3)常见的裂变方程:
UnXeSr+n；
UnBaKr+n。
2.链式反应的条件
(1)有慢中子轰击。
(2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量。
3.裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变时放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的化学能。
4.铀235比铀238更易发生链式反应
在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同。
(1)铀235:俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大。
(2)铀238:只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的概率小。能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变。
因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235。
[典例]　现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是:UnNdZr+n+e+ν
(1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零。试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；
[答案]　40　90
[解析]　根据电荷数和质量数守恒可得，
Zr的电荷数Z=92-60+8=40，质量数A=236-143-3×1=90。
(2)已知铀U)核的质量为235.049 3 u，中子质量为
1.008 7 u，钕Nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为
89.904 7 u。又知1 u=1.660 6×10-27 kg，试计算，1 kg铀235
大约能产生的能量是多少
[答案]　8.32×1013 J
[解析]　 1个铀核发生反应的质量亏损为Δm=(mU+mn)-(mNd+mZr+3mn)
=0.217 4 u=0.217 4×1.660 6×10-27 kg≈3.61×10-28 kg，
产生的能量ΔE=Δmc2=3.61×10-28×(3×108)2 J≈3.25×10-11 J，
1 kg铀235含有铀核的数量n= 个≈2.56×1024个
1 kg铀235产生的能量E总=nΔE=2.56×1024×3.25×10-11 J=8.32×1013 J。
1.(2024·北京海淀高二质检)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，一种裂变反应式是UnBaKr+n。下列说法正确的有(　　)
A.铀块体积对链式反应的发生无影响
B.反应堆中铀核的反应速度可以人工控制
C.反应方程左边物质的能量之和大于反应方程右边物质的能量之和
D.反应方程左边物质的结合能之和小于反应方程右边物质的结合能之和
题点全练清
√
√
√
解析:铀块体积需要达到临界体积才能发生链式反应，所以铀块体积对链式反应的发生有影响，故A错误；反应堆中铀核的反应速度可以通过插入控制棒(镉棒)进行人工控制，故B正确；由于该反应为放能反应，所以反应方程左边物质的能量之和大于反应方程右边物质的能量之和，反应方程左边物质的结合能之和小于反应方程右边物质的结合能之和，故C、D正确。
2.(2024·嘉兴高二阶段练习)(多选)浙江秦山核电站第三期工程有两个70万千瓦发电机组已并网发电。发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是(　　)
A.U裂变时释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小
BU的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为UnBaKr+n
√
CU是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短
D.一个U核裂变能放出约200 MeV的能量，约3.2×1 J
解析:U裂变时，核子数、质量数守恒，只是重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，产生质量亏损，释放核能，故A错误；
√
根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知，B正确U的半衰期由核内部自身的因素决定，不会随环境温度的变化而改变，故C错误；200 MeV=200×106×1.6×10-19 J=3.2×10-11 J，故D正确。
如图所示为核电站工作流程示意图:
核电站的核心设施是什么
提示:核反应堆。
任务驱动
强化点(二)　核电站的主要组成及工作原理
1.核电站的主要组成
核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要组成如表格:
要点释解明
慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层
采用的材料 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 镉 水或液态的金属钠 很厚的水泥防护层
作用 降低中子速度，便于铀235吸收 吸收中子，控制反应速度 把反应堆内的热量传输出去 屏蔽射线，防止放射性污染
2.反应堆工作原理
(1)热源:在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图。铀棒是燃料，由天然铀或者浓缩铀(铀235的含量占2%~4%)制成，常用石墨、重水或普通水(也叫轻水)为
慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便
于铀235的吸收，发生核裂变，慢化剂附在铀棒
周围。
(2)控制棒:镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢；插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快。采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
(3)冷却剂:核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态的金属钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去 ，用于推动汽轮发电机发电。
发生核裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
3.核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上储量大，所能提供的能量大。
(3)对环境的污染要比火力发电小。
1.随着时代的发展，能源危机逐渐形成，现在科学家正在努力寻找新能源。核能是现今比较普遍利用的能源之一，核电站利用核能发电是人类利用核能的重要手段。据你判断，现已建成的核电站的能量来自 (　　)
题点全练清
A.天然放射性元素衰变放出的能量
B.人工放射性同位素放出的能量
C.重核裂变放出的能量
D.化学反应放出的能量
解析:现已建成的核电站的能量来自重核裂变放出的能量，故C正确。
√
2.如图所示是当前核电站普遍使用的核反应堆的示意图，关于该反应堆中进行的核反应，下列说法中正确的是 (　　)
A.图示装置中进行的核反应类型是核聚变
B.要使核反应速度减慢，可以将铀棒插入得更深
C.裂变反应的燃料是铀，反应过程质量不守恒
D.石墨起到降低反应温度的作用
√
解析:题图示装置中进行的核反应类型是核裂变，故A错误；将铀棒插入得更深，中子接触的铀原子核更多，反应加剧，故B错误；裂变反应的燃料是铀，反应过程发生质量亏损，质量不守恒，故C正确；石墨主要是将快中子变为慢中子，故D错误。
3.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由哪四部分组成 (　　)
A.原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统
B.原子燃料、慢化剂、发热系统和传热系统
C.原子燃料、慢化剂、碰撞系统和传热系统
D.原子燃料、中子源、原子能储存系统和输送系统
√
解析:核反应堆里用的核燃料是由天然铀或浓缩铀(铀235占2%~4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用慢化剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统是用于调节中子的数目以控制反应速度，它是由置放在铀棒之间的一些镉棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态的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，同时使反应堆冷却，保证安全。
如图为氢弹原理示意图。
任务驱动
强化点(三)　核聚变及其应用
(1)核聚变需要满足什么条件
提示:要使轻核聚变，必须使轻核的距离达到10-15 m以内。
(2)为什么要用原子弹才能引爆氢弹
提示:利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。
1.核聚变发生的条件
要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10-15 m以内，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。
2.轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
要点释解明
3.核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性: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。
4.核聚变的应用
(1)核武器——氢弹:一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。
(2)可控热核反应:目前处于探索阶段。
　[典例]　太阳正处于主序星演化阶段，它主要由电子和HHe等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核H)聚变成氦核He)，同时放出两个正电子e)。已知光速c=3×108 m/s，氢核质量mp=1.672 6×10-27 kg，氦核质量mα=6.645 8×10-27 kg，正电子质量me=0.91×10-30 kg。则:(要求计算结果保留两位有效数字)
(1)请写出题中所述核聚变的核反应方程；
[答案]　HHe+e
[解析]　根据核反应方程质量数和核电荷数守恒，则核聚变反应的核反应方程为HHe+e。
(2)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能；
[答案]　3.9×10-12 J　
[解析]　根据质量亏损和质能关系，可知每发生一次该核反应释放的核能为ΔE=(4mp-2me-mα)c2；代入数据解得ΔE≈3.9×10-12 J。
(3)已知地球的半径R=6.4×106 m，日地中心距离r=1.5×1011 m，忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失，每秒地球表面接收到的太阳辐射的总能量为P=1.8×1017 J，求每秒太阳辐射的正电子个数。
[答案]　2×1038 个
[解析]　设每秒钟太阳辐射的正电子个数为N，则每秒钟发生核聚变的次数为
太阳辐射的能量是以球面波的形式传播，根据能量守恒定律，则有P·=·ΔE
所以有N=
代入数据解得:N≈2×1038个。
1.(2024·徐州高二检测)如图所示为氘核与氚核的核聚变示意图。下列说法正确的是 (　　)
A.目前核电站主要利用核聚变来发电
B.与轻核聚变相比，重核裂变更安全更清洁
C.要使氘核与氚核接近到可以聚变的距离，
需要给它们提供足够的动能
D.要使核聚变持续发生，需要外界持续不断的提供能量
题点全练清
√
解析:目前核电站主要利用重核裂变释放的能量来发电，故A错误；轻核聚变与重核裂变相比，轻核聚变更为安全、清洁，故B错误；要使氘核与氚核接近到可以聚变的距离，需要给它们提供足够的动能，故C正确；核聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去，故D错误。
2.(2024·浙江1月选考)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1，氘核摩尔质量为2 g·mol-1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是 (　　)
A.核反应方程式为HHHen
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变
D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
√
解析:核反应方程式为HHHen，故A错误；氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；要使氘核与氚核发生核聚变，必须使它们间的距离达到10-15 m以内，故C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损Δm=(2.014 1+3.016 1-4.002 6-1.008 7)u=0.018 9 u，聚变反应释放的能量为ΔE=Δm·931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出能量E=×6×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，故D正确。
已知π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们所带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。
任务驱动
强化点(四)　粒子的发现和分类
粒子 π+ π- u d
电荷量 +e -e +e -e -e +e
(1)π+应由哪两个组成
提示:由于π+介子带有+e的电荷量，应由夸克u和反夸克组成。
(2)π-又应由哪两个组成
提示:同理π-介子带有-e的电荷量，应由夸克d和反夸克组成。
1.粒子的分类
要点释解明
分类 参与的相互作用 发现的粒子 备注
强子 参与强相互作用 质子、中子、介子、超子 强子有内部结构，由夸克构成
轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、 μ子、μ子中微子、 τ子、τ子中微子 未发现内部结构
规范 玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子、胶子 光子、中间玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用
希格斯 玻色子 — — 希格斯玻色子是这几种基本粒子中最后一个被发现的
续表
2.夸克模型
(1)夸克的提出:1964年，美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。
(2)夸克的种类:上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。
(3)夸克所带电荷:夸克所带的电荷分别为元电荷的-或+。
(4)意义:电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。
1.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是 (　　)
A.夸克、轻子、胶子等粒子
B.质子和中子等强子
C.光子、中微子和电子等轻子
D.氢核、氘核、氦核等轻核
题点全练清
√
解析:宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D错误。
2.(多选)由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将其安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质。所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反，例如反质子即为H。
假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成
的射线，通过OO'进入匀强磁场B2而形成图中的
4条径迹，则(　　)
A.1、2是反粒子径迹　　 B.3、4为反粒子径迹
C.2为反α粒子径迹 D.4为反α粒子径迹
解析:由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转，反质子、反α粒子向左偏转，故A正确，B错误；进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度，由偏转半径R= 知，反α粒子、α粒子在磁场中的半径大，C正确，D错误。
√
√
3.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克所带的电荷量为+e，d夸克所带的电荷量为-e，
e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　　)
A.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
√
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克
组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克
组成
解析:质子 H所带的电荷量为2×e+=e，中子 n所带的电荷量为e+2×=0，结合不同夸克的带电荷量可知，B正确。
课时跟踪检测
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A级——基础达标
1.链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是(　　)
A.质子　　　　　　　　　 B.中子
C.β粒子 D.α粒子
解析:由重核裂变产生的中子不断地轰击铀原子核使得裂变不断进行下去叫作链式反应，故B正确。
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2.以下说法正确的是 (　　)
A.最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B.质子、中子、介子和超子都属于强子
C.强子、轻子都有内部结构
D.τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
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解析:最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是质子，故A错误；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，B正确，D错误。
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3.(2024年1月·安徽高考适应性演练)核能是蕴藏在原子核内部的能量，
合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是UnBaKr+3X，U核的结合能为E1，Ba核的结合能为E2，Kr核的结合能为E3。则(　　)
A.该核反应过程动量不守恒
B.该核反应方程中的X为n
C.该核反应中释放的核能为
D.该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒
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解析:在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A错误；设X为X，由电荷数守恒可知92+0=56+36+3Z，可得Z=0，由质量数守恒得235+1=
144+89+3A，解得A=1，所以该核反应方程中的X为n，故B正确，D错误；由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能为ΔE=E2+E3-E1，故C错误。
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4.热中子核反应堆需要控制反应速度和反应温度，一种称为“电磁泵”的装置，是靠熔化的钠来传递核燃烧产生的热量，抽动液态钠的“泵”传动部分不允许和钠接触，如图所示为该装置中的耐热导管，处于匀强磁场中，让电流通过导管中的钠液，可以使熔化的钠在管中按图中标示的方向加速流过，下列说法正确的是 (　　)
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A.镉棒插入反应堆越深，核反应越激烈
B.重水使中子减速，有助于提高核反应几率
C.导管中钠液的电流方向垂直速度方向向下
D.导管中钠液的电流方向与速度的方向相同
解析:镉棒插入反应堆越深，吸收中子越多，核反应越慢，故A错误；重水使中子减速，慢中子更容易被铀核捕获，有助于提高核反应概率，故B正确；要使液态钠按题图中方向加速流过，则安培力的方向与速度方向一致，根据左手定则，则电流方向垂直速度方向向上，故C、D错误。
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5.(2023·天津高考)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是 (　　)
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
D.太阳上进行的核反应为UnBaKr+n
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解析:因为高温时原子核的热运动剧烈，使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生核聚变，故核聚变也叫热核反应，需要在高温下进行，A正确；由于核反应过程遵循质量数守恒以及电荷数守恒，因此核聚变中电荷数是守恒的，即电荷也是守恒的，B错误；核聚变释放出巨大的能量，由爱因斯坦质能方程可知，核聚变存在质量亏损，所以太阳进行核聚变时，其质量减小，C错误；太阳上进行的是核聚变，而UnBaKr+n是重核的裂变反应，故D错误。
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6.(2024·湖南高二联考)新能源是指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、风能和核聚变能等。下列关于太阳能、核聚变的说法正确的是 (　　)
A.太阳能来自太阳内部进行的热核反应，它
属于重核的裂变
B.轻核聚变过程中质量增大且放出巨大能量
C.核聚变方程HHHe+X中的X粒子是中子
D.核电站是利用轻核聚变的链式反应产生的能量来发电的
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解析:在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能，因此太阳内部进行着的核反应是核聚变，A错误；轻核聚变释放出巨大能量，伴随着质量亏损，B错误；根据质量数与电荷数守恒可知，X为中子，C正确；核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的，D错误。
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7.(2024·珠海高二月考)因为火星大部分地区表面温度的昼夜差超过100 ℃，一般化学电池无法工作，因此探测器的工作电源是放射性同位素电池，即核电池。核电池将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能。核电池已成功用作航天器的电源。据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是 (　　)
AHHHen BUnBaKr+n
CPuUHe DAlHePn
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解析:HHHen为核聚变，故A错误；
UnBaKr+n为核裂变，故B错误；
PuUHe为α衰变，故C正确；
AlHePn为原子核的人工转变，故D错误。
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8.(2023·湖南高考)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是 (　　)
A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B.氘氚核聚变的核反应方程为HHHee
C.核聚变的核反应燃料主要是铀235
D.核聚变反应过程中没有质量亏损
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解析:相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为HHHen，B错误；核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，C错误；核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。
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9.假设有一种放射线是由铀核U衰变成Th，并释放一种粒子产生的。
(1)写出U衰变为Th的方程式；
答案:UThHe　
解析:反应方程式为UThHe。
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(2)已知铀核质量为3.853 131×10-25 kg，钍核的质量为3.786 567×
10-25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10-27 kg，求衰变释放的能量。
答案:8.712×10-13 J
解析:在核反应中，质量亏损Δm=mU-mTh-mα，
由质能方程得，释放的能量ΔE=Δmc2=(mU-mTh-mα)c2，
代入数据得ΔE=8.712×10-13 J。
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B级——综合应用
10.(2024·武威高二阶段练习)(多选)甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家。反应堆工作原理如图所示，钍232吸收一个中子后会变成钍233，钍233不稳定，
会变成易裂变核素铀233。下列说法正
确的是(　　)
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A.钍233变成铀233的核反应方程式是ThPae，PaUe
B.中间产生的新核镤233从高能级向低能级跃迁时，会伴随γ辐射
C.新核铀233的结合能小于钍233
D.核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电
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解析:根据核反应方程的电荷数和质量数守恒可知，钍233变成铀233的核反应方程式是ThPaePaUe，A正确；中间产生的新核镤233Pa)从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，B正确；整个过程中释放能量，则生成的新核铀233U)更加稳定，则新核铀233(U)的结合能大于钍233Th)，C错误；在核电站的核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，故D错误。
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11.(多选)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其反应式H→He+H+n，同时释放出43.15 MeV的能量。已知氘核H的质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)，氦核He质量为3 728.4 MeV/c2，中子的质量为939.6 MeV/c2，1 L海水中含有的氘核约为1.0×1022个，而
1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，下列说法正确的是(　　)
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A.该核反应中x=2，y=2
B.质子H的质量为960.3 MeV/c2
C.1 L海水中的氘核全部反应损失的质量约为1.3×10-7 kg
D.1 L海水中的氘核全部反应释放的能量大于一吨标准煤燃烧释放的热量
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解析:根据质量数和电荷数守恒可得，该核反应中x=2，y=2，故A正确；释放出的能量对应的质量为43.15 MeV/c2，根据爱因斯坦质能方程可得，质子H的质量为m= MeV/c2≈938.7 MeV/c2，故B错误；1 L海水中的氘核全部反应损失的质量Δm= kg≈1.3×10-7 kg，故C正确；
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1 L海水中的氘核全部反应释放的能量E=×43.15×106×1.6×
10-19 J≈1.15×1010 J，一吨标准煤燃烧释放的热量E'=2.9×107×103 J=
2.9×1010 J，故D错误。
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12.(多选)在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。已知核反应方程UnBaKr+aX是反应堆中发生的众多反应中的一种，其中U的相对原子质量是235.043 9 u(1 u=1.66×10-27 kg)，每次该核反应释放出的核能为173.8 MeV。现有一座核电站发电能力为3.6×106 kW，核能转化为电能的效率为45%，假定反应堆中发生的裂变全是本题中的核反应，下列说法正确的是(　　)
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A.X是n，a=3
B.为使核反应堆持续正常工作，必须由外界不断地向铀块射入高速中子流
C.该裂变反应每次释放出的核能与氢原子光谱中波长最短的一个光子的能量相当
D.该核电站每年(1年按3×107 s计算)消耗U的质量约为3.4 t
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解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可得，X是n，a=235+1-141-92=3，故A正确；核反应会产生中子，故不需要一直由外界射入高速中子流，故B错误；氢原子光谱中波长最短的光子能量为13.6 eV，该裂变反应每次释放出的核能为173.8 MeV，两者不相等，故C错误；该核电站每年释放的核能为E总=ΔE，核电站一年提供的电能为W电=Pt，另外η=×100%，联立可得M≈3.4×103 kg=3.4 t，故D正确。
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13.有一种核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 2 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u，1 u=1.66×10-27 kg。(一年按3.2×107 s计算，光速c=3.0×108 m/s，结果保留两位有效数字)
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(1)写出氘和氚聚合的核反应方程；
答案:HHHen
解析:核反应方程为HHHen。
(2)试计算这个核反应释放出来的能量；
答案:2.8×10-12 J
解析:由质能方程得ΔE=Δmc2=(2.014 1+3.016 2-4.002 6-1.008 7)×
1.66×10-27×(3.0×108)2 J≈2.8×10-12 J。
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(3)若建一座功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转变成电能，每年要消耗氘的质量是多少
答案:23 kg
解析:每年消耗氘的质量为m=·m氘≈23 kg。
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4课时跟踪检测(二十二)　核裂变与核聚变　“基本”粒子
A级——基础达标
1．链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是(　　)
A．质子 B．中子
C．β粒子 D．α粒子
2．以下说法正确的是(　　)
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B．质子、中子、介子和超子都属于强子
C．强子、轻子都有内部结构
D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
3．(2024年1月·安徽高考适应性演练)核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3X，U核的结合能为E1，Ba核的结合能为E2，Kr核的结合能为E3。则(　　)
A．该核反应过程动量不守恒
B．该核反应方程中的X为n
C．该核反应中释放的核能为
D．该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒
4.热中子核反应堆需要控制反应速度和反应温度，一种称为“电磁泵”的装置，是靠熔化的钠来传递核燃烧产生的热量，抽动液态钠的“泵”传动部分不允许和钠接触，如图所示为该装置中的耐热导管，处于匀强磁场中，让电流通过导管中的钠液，可以使熔化的钠在管中按图中标示的方向加速流过，下列说法正确的是(　　)
A．镉棒插入反应堆越深，核反应越激烈
B．重水使中子减速，有助于提高核反应几率
C．导管中钠液的电流方向垂直速度方向向下
D．导管中钠液的电流方向与速度的方向相同
5．(2023·天津高考)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是(　　)
A．核聚变需要在高温下进行
B．核聚变中电荷不守恒
C．太阳质量不变
D．太阳上进行的核反应为U＋n―→Ba＋Kr＋3n
6．(2024·湖南高二联考)新能源是指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、风能和核聚变能等。下列关于太阳能、核聚变的说法正确的是(　　)
A．太阳能来自太阳内部进行的热核反应，它属于重核的裂变
B．轻核聚变过程中质量增大且放出巨大能量
C．核聚变方程H＋H―→He＋X中的X粒子是中子
D．核电站是利用轻核聚变的链式反应产生的能量来发电的
7．(2024·珠海高二月考)因为火星大部分地区表面温度的昼夜差超过100 ℃，一般化学电池无法工作，因此探测器的工作电源是放射性同位素电池，即核电池。核电池将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能。核电池已成功用作航天器的电源。据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是(　　)
A.H＋H―→He＋n
B.U＋n―→Ba＋Kr＋3n
C.Pu―→U＋He
D.Al＋He―→P＋n
8．(2023·湖南高考)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B．氘氚核聚变的核反应方程为H＋H―→He＋e
C．核聚变的核反应燃料主要是铀235
D．核聚变反应过程中没有质量亏损
9．假设有一种放射线是由铀核U衰变成Th，并释放一种粒子产生的。
(1)写出U衰变为Th的方程式；
(2)已知铀核质量为3.853 131×10－25 kg，钍核的质量为3.786 567×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27 kg，求衰变释放的能量。
B级——综合应用
10．(2024·武威高二阶段练习)(多选)甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家。反应堆工作原理如图所示，钍232吸收一个中子后会变成钍233，钍233不稳定，会变成易裂变核素铀233。下列说法正确的是(　　)
A．钍233变成铀233的核反应方程式是Th―→Pa＋e，Pa―→U＋e
B．中间产生的新核镤233从高能级向低能级跃迁时，会伴随γ辐射
C．新核铀233的结合能小于钍233
D．核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电
11．(多选)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其反应式6H―→2He＋xH＋yn，同时释放出43.15 MeV的能量。已知氘核H的质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)，氦核He质量为3 728.4 MeV/c2，中子的质量为939.6 MeV/c2，1 L海水中含有的氘核约为1.0×1022个，而1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，下列说法正确的是(　　)
A．该核反应中x＝2，y＝2
B．质子H的质量为960.3 MeV/c2
C．1 L海水中的氘核全部反应损失的质量约为1.3×10－7 kg
D．1 L海水中的氘核全部反应释放的能量大于一吨标准煤燃烧释放的热量
12．(多选)在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。已知核反应方程U＋n―→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的众多反应中的一种，其中U的相对原子质量是235.043 9 u(1 u＝1.66×10－27 kg)，每次该核反应释放出的核能为173.8 MeV。现有一座核电站发电能力为3.6×106 kW，核能转化为电能的效率为45%，假定反应堆中发生的裂变全是本题中的核反应，下列说法正确的是(　　)
A．X是n，a＝3
B．为使核反应堆持续正常工作，必须由外界不断地向铀块射入高速中子流
C．该裂变反应每次释放出的核能与氢原子光谱中波长最短的一个光子的能量相当
D．该核电站每年(1年按3×107 s计算)消耗U的质量约为3.4 t
13．有一种核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子。若已知氘原子的质量为2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 2 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u,1 u＝1.66×10－27 kg。(一年按3.2×107 s计算，光速c＝3.0×108 m/s，结果保留两位有效数字)
(1)写出氘和氚聚合的核反应方程；
(2)试计算这个核反应释放出来的能量；
(3)若建一座功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转变成电能，每年要消耗氘的质量是多少？
课时跟踪检测(二十二)
1．选B　由重核裂变产生的中子不断地轰击铀原子核使得裂变不断进行下去叫作链式反应，故B正确。
2．选B　最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是质子，故A错误；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，B正确，D错误。
3．选B　在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A错误；设X为X，由电荷数守恒可知92＋0＝56＋36＋3Z，可得Z＝0，由质量数守恒得235＋1＝144＋89＋3A，解得A＝1，所以该核反应方程中的X为n，故B正确，D错误；由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能为ΔE＝E2＋E3－E1，故C错误。
4．选B　镉棒插入反应堆越深，吸收中子越多，核反应越慢，故A错误；重水使中子减速，慢中子更容易被铀核捕获，有助于提高核反应概率，故B正确；要使液态钠按题图中方向加速流过，则安培力的方向与速度方向一致，根据左手定则，则电流方向垂直速度方向向上，故C、D错误。
5．选A　因为高温时原子核的热运动剧烈，使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生核聚变，故核聚变也叫热核反应，需要在高温下进行，A正确；由于核反应过程遵循质量数守恒以及电荷数守恒，因此核聚变中电荷数是守恒的，即电荷也是守恒的，B错误；核聚变释放出巨大的能量，由爱因斯坦质能方程可知，核聚变存在质量亏损，所以太阳进行核聚变时，其质量减小，C错误；太阳上进行的是核聚变，而U＋n―→Ba＋Kr＋3n是重核的裂变反应，故D错误。
6．选C　在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能，因此太阳内部进行着的核反应是核聚变，A错误；轻核聚变释放出巨大能量，伴随着质量亏损，B错误；根据质量数与电荷数守恒可知，X为中子，C正确；核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的，D错误。
7．选C　H＋H―→He＋n为核聚变，故A错误；U＋n―→Ba＋Kr＋3n为核裂变，故B错误；Pu―→U＋He为α衰变，故C正确；Al＋He―→P＋n为原子核的人工转变，故D错误。
8．选A　相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为H＋H―→He＋n，B错误；核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，C错误；核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。
9．解析：(1)反应方程式为U―→Th＋He。
(2)在核反应中，质量亏损Δm＝mU－mTh－mα，
由质能方程得，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(mU－mTh－mα)c2，
代入数据得ΔE＝8.712×10－13 J。
答案：(1)U―→Th＋He　(2)8.712×10－13 J
10．选AB　根据核反应方程的电荷数和质量数守恒可知，钍233变成铀233的核反应方程式是Th―→Pa＋e，Pa―→U＋e，A正确；中间产生的新核镤233(Pa)从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，B正确；整个过程中释放能量，则生成的新核铀233()更加稳定，则新核铀233(U)的结合能大于钍233(Th)，C错误；在核电站的核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，故D错误。
11．选AC　根据质量数和电荷数守恒可得，该核反应中x＝2，y＝2，故A正确；释放出的能量对应的质量为43.15 MeV/c2，根据爱因斯坦质能方程可得，质子H的质量为m＝ MeV/c2≈938.7 MeV/c2，故B错误；1 L海水中的氘核全部反应损失的质量Δm＝ kg≈1.3×10－7 kg，故C正确；1 L海水中的氘核全部反应释放的能量E＝×43.15×106×1.6×10－19 J≈1.15×1010 J，一吨标准煤燃烧释放的热量E′＝2.9×107×103 J＝2.9×1010 J，故D错误。
12．选AD　根据质量数守恒和电荷数守恒可得，X是n，a＝235＋1－141－92＝3，故A正确；核反应会产生中子，故不需要一直由外界射入高速中子流，故B错误；氢原子光谱中波长最短的光子能量为13.6 eV，该裂变反应每次释放出的核能为173.8 MeV，两者不相等，故C错误；该核电站每年释放的核能为E总＝ΔE，核电站一年提供的电能为W电＝Pt，另外η＝×100%，联立可得M≈3.4×103 kg＝3.4 t，故D正确。
13．解析：(1)核反应方程为H＋H―→He＋n。
(2)由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(2.014 1＋3.016 2－4.002 6－1.008 7)×1.66×10－27×(3.0×108)2 J≈2.8×10－12 J。
(3)每年消耗氘的质量为m＝·m氘≈23 kg。
答案：(1)H＋H―→He＋n　(2)2.8×10－12 J　(3)23 kg
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