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第五章
课时4　核裂变与核聚变
原子核
核心 目标 1．了解核裂变反应及链式反应的条件．知道反应堆的工作原理及其类型，知道核电站的工作流程．
2．了解核聚变反应及条件，关注受控核聚变反应研究的进展．了解两类核能应用的利弊，关注核聚变技术应用对人类生活和社会发展的影响．
必备知识 记忆理解
要点
1
核裂变的发现
1．核裂变：铀核等重核被________轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出________的过程．
用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是U＋Ba＋Kr＋_______．
2．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使__________反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的____________．
中子
核能
n
核裂变
链式反应
(1) 临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的________体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量．
(2) 链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于____________或裂变物质的质量大于____________．
3．我国科学家__________、何泽慧夫妇于1947年在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分，其概率大约是分裂为两部分的概率的 和 ．
最小
临界体积
临界质量
钱三强
要点
2
反应堆与核电站
1．通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为____________．
(1) 装置：如图，是当前普遍使用的“__________(慢中子)”核反应堆的示意图．速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变．这样的中子就是“热中子”，或称慢中子．
(2) 燃料：铀棒
(3) 慢化剂：使核裂变产生的速度很大的快中子
________，如石墨、重水和普通水(也叫轻水)等．
核反应堆
热中子
减速
(4) 控制棒：为了调节中子数目以控制反应________，在铀棒之间插进的镉棒．
镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，链式反应的速度就会慢一些．
(5) 冷却剂：核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高．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，同时也使反应堆冷却．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．
速度
2．核电站：核心设施是____________，反应堆用的核燃料一般是铀235．
(1) 利用核能发电：在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的核燃料，释放的能量就相当于10 t标准煤完全燃烧放出的热．一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30 t左右的浓缩铀，同样功率的火电站，每年要烧煤2.5×106 t !
(2) 保护层：建造核电站时需要特别注意防止放射线和放射性物质的泄漏，以避免放射性污染．为此，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层．核反应堆中的核废料需要装入特制的容器，深埋地下．
核反应堆
要点
3
核聚变
1．定义：两个轻核结合成____________的核，这样的核反应叫作__________.
2．举例：H→______n+17.6 MeV．
3．条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15 m．这要克服电荷间强大的斥力作用，使轻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．
质量较大
核聚变
4．优点
(1) 轻核聚变______________．
(2) 地球上____________的储量丰富．
(3) 轻核聚变更为______________．
5．约束方法
__________和惯性约束．
产能效率高
聚变燃料
安全、清洁
磁约束
1．易错辨析
(1) 铀核的裂变是一种天然放射现象． (　　)
(2) 现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的核聚变反应释放的核能． (　　)
(3) 铀核裂变时只能释放出3个中子． (　　)
(4) 铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去． (　　)
(5) 控制棒吸收的中子多，则链式反应速度就快． (　　)
×
√
×
√
×
2．(2025·合肥一六八中学期中)下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是 (　　)
A．PSie
B．HHHn
C．CNe
D．UThHe
解析：轻核聚变是指把轻核结合成质量较大的核，并释放出核能的反应，所以由此可知A是衰变反应，B是轻核聚变，C是β衰变，D是α衰变．故选B．
B
把握考向 各个击破
对核裂变和链式反应的理解
考向
1
对重核裂变的两点理解
1．重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．
2．重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后______________，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要______，所以在重核分解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．
质量有亏损
小
3．铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应．常见的裂变方程：
(1)UnXeSr+n
(2)UnBaKr+n
　　　扩大核能应用是减少碳排放的必要手段，我国目前拥有的所有核电站均采用核裂变的链式反应获取能量．下列说法中正确的是 (　　)
A．重核裂变释放出大量能量，产生了质量亏损，核子数要减少
B．反应堆中镉棒插入深一些将会减慢核反应速度
C．核裂变比核聚变效率更高，更清洁安全
D．裂变反应后生成的新核的比结合能小于反应前原子核的比结合能
1
B
解析：核反应过程中仍满足电荷数守恒和质量数守恒，即核子数不变，A错误；镉棒可以吸收慢中子，因此反应堆中将镉棒插入深一些将会减慢核反应速度，B正确；核裂变产生的核废料放射性极强，核聚变原料好获取，产物无污染，不具有放射性，核聚变更清洁安全，C错误；裂变反应释放大量的能量，产生的新核更稳定，因此其比结合能比反应前原子核的比结合能大，D错误．
　　　2024年5月，我国自主研发的全球首个陆上商用模块式小型核反应堆“玲龙一号”，通过国际原子能机构(IAEA)通用安全审查．其使用的核燃料为U，核反应方程是nBaKr+n＋γ．下列说法中正确的是(　　)
A．x＝3
B．该核反应属于热核反应
C．U的比结合能大于Kr的比结合能
D．γ射线在真空中的传播速度约为光速的0.1倍
2
A
解析：根据质量数守恒，可得235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，A正确；热核反应指核聚变，该核反应属于核裂变反应，B错误；核裂变过程，由于核力做正功释放核能，因此生成物比反应物更稳定，比结合能更大，即Ba核的比结合能比U核的比结合能要大，C错误；γ射线是电磁波，在真空中的传播速度等于光速，D错误．
反应堆与核电站
考向
2
核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件如表：
部件名称 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 水或液态钠 很厚的水泥外壳
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
　　　核电站发电原理是核裂变反应所释放的能量通过热力产生电能．铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变．铀235裂变方程为Un→XKr+n，衰变方程为U→YHe，则下列说法中正确的是 (　　)
A．衰变产生的新核Y不再具有放射性
B．U的比结合能小于Kr的比结合能
C．衰变过程是通过吸收裂变过程释放的能量进行的
D．反应堆中镉棒插入深一些将会加快核反应速度
3
B
解析：根据电荷数守恒和质量数守恒，Y原子核中含有的电荷数为92－2＝90，大于80，是具有放射性的，A错误；裂变反应放出核能，生成物更加稳定，则U的比结合能小于Kr的比结合能，B正确；衰变过程也是释放能量的，C错误；要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些，D错误．
对核聚变的理解
考向
3
1．核聚变的特点
(1) 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．
(2) 在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出________的能量．
(3) 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．
(4) 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．
更多
2．优缺点
(1) 优点：轻核聚变产能效率高，聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍；地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；轻核聚变更为安全、清洁．
(2) 缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．
3．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．
　　　(2025·河北唐山期中)太阳内部发生的一种核聚变反应的方程为H＋He＋X，其中X为某种微观粒子，下列说法中正确的是 (　　)
A．该核反应原理与原子弹爆炸的原理相同
B．核的比结合能小于核的比结合能
C．X为电子，最早由卢瑟福通过实验发现
D．X为中子，其质量稍大于质子的质量
4
解析：太阳内部的核反应为核聚变，原子弹爆炸的原理为核裂变，A错误；分析核反应方程为H＋He＋X，该反应释放核能，故生成物的比结合能大核的比结合能大于核的比结合能，B错误；根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X为中子，最早由查德威克通过实验发现，中子的质量稍微大于质子的质量，C错误，D正确．
D
　　　(2025·芜湖一中月考)“烛龙一号”是我国首款碳-14核电池，核反应方程为e，反应释放的高能电子被半导体材料捕获并转化为电流．碳-14的半衰期长达5 730年，核电池理论寿命可达数千年，能为脑机接口设备、人工心脏和深空探测器等提供长期稳定的能源供应．关于碳-14核电池，下列说法中正确的是 (　　)
A．其核反应原理与核电站中核反应堆的工作原理相同
B．核反应产生的电子来自于C的核外电子
C．C的中子数比N的中子数多
D．C的结合能与N的结合能相等
5
C
解析：碳-14核电池发生的是β衰变，核电站核反应类型为裂变，二者不同，A错误；β衰变产生的电子来自于核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，B错误；C的中子数为14－6＝8，比N的中子数多1个，C正确；衰变过程中，C质量亏损，释放能量，二者结合能不相等，D错误．故选C．
随堂内化 即时巩固
1．(2025·浙江绍兴中学)(多选)“人造太阳”标志着我国核聚变研究又获得重大突破，也为人类获得可控核聚变能源奠定了商用的物理和工程基础．关于核聚变，下列说法中正确的是 (　　)
A．核聚变可以在常温下发生
B．太阳释放的巨大能量是核聚变产生的
C．聚变反应比较好控制，因此能源危机马上会解决
D．“人造太阳”内部的反应是HH→n的聚变反应
BD
解析：核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，故A错误；太阳释放的巨大能量是核聚变产生的，故B正确；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温，聚变反应一旦实现，可在瞬间产生大量热能，地球上没有任何容器能够承受如此高的温度，实现受控热核反应还需要很长一段路，故C错误；“人造太阳”内部的反应是轻核聚变，反应方程为HH→n，故D正确．
2．(2024·六安一中期末)下列说法中正确的是 (　　)
A．放射性元素衰变过程遵守质量守恒和电荷守恒
B．核电站中U发生核裂变的常见核反应方程为UBaKr+n
C．Pu比U的比结合能小
D．HHHen是α衰变
解析：放射性元素衰变过程质量数守恒，质量有亏损不守恒，A错误；核电站中U发生核裂变的常见核反应方程为UnBaKr+n，B错误；质量数更靠近中等的比结合能大，C正确；HHHen是核聚变，D错误．
C
3．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1) 写出这个核反应方程．
答案：(1) He+e　
解析：(1) 由题意可得核反应方程应为He+e
(2) 这一核反应能释放多少能量？
答案：(2) 24.78 MeV
解析：(2) 反应前的质量m1＝4mp＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u
反应后的质量m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u
Δm＝m1－m2＝0.026 6 u
由质能方程得，释放能量ΔE＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV．
(3) 已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克(mp=1.004 3 u，mHe=4.001 5 u，me=0.000 55 u)
答案：(3) 4.2×109 kg
解析：(3) 由质能方程ΔE＝Δmc2得每秒减少的质量
Δm＝＝ kg＝4.2×109 kg．课时4　核裂变与核聚变
考向1　对核裂变与核聚变的理解
1. (多选)关于核反应堆，下列说法中正确的是(　　)
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. 铀棒的作用是控制反应堆的功率
D. 石墨的作用是吸收中子
2. (2025·淮北实验高中月考)2025年1月20日，中国“人造太阳”全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)实现了1亿摄氏度1 066秒稳态高约束模等离子体运行，再次刷新世界纪录，为实现可控核聚变又向前迈出了重要一步HHHe＋X＋17.6 MeV是一个典型的核聚变反应，式中X为(　　)
A. n B. e
C. e D. H
3. (多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成一个C，C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相当于931.5 MeV，则(　　)
A. 反应过程中的质量亏损是Δm＝0.007 8 u
B. 反应过程中的质量亏损是Δm＝1.294 8×10－29 kg
C. 反应过程中放出的能量约为7.266 MeV
D. 反应过程中放出的能量约为1.16×10－19 J
4. (2025·安庆一中月考)2025年1月14日，据中国科学院合肥物质科学研究院消息，该院大科学团队成功研制强流直线等离子体装置——“赤霄”，“赤霄”的诞生将为研究下一代“人造太阳”中国聚变工程实验堆提供有力支撑.已知某核聚变反应的方程为 ＋→＋X.下列说法中正确的是(　　)
A. 反应产物X为
B. 该聚变反应有质量亏损
C. 该聚变反应发生时，两个 间万有引力远大于两个间库仑力
D. 由2个中子和一个质子组成
5. (2025·河北石家庄一模)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，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Ba＋＋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
考向2　反应堆与核电站
6. 原子弹的核反应方程之一为nBa＋＋3X，氢弹的核反应方程为Hn＋Y，关于这两个核反应，下列说法中错误的是(　　)
A. 原子弹的核反应为重核的裂变，X为质子
B. 氢弹的核反应为轻核的聚变，Y为氦原子核
C. 两个核反应都发生质量亏损
D. 两个核反应反应前的比结合能都小于反应后的比结合能
7. (2025·江南十校一模)已知氕核质量为2.0141 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＝6×，氘核摩尔质量为m0＝2 g/mol，1 u相当于931 MeV，核聚变反应方程式为 ＋，下列说法中正确的是(　　)
A. 核聚变反应中每个核子释放的能量跟核裂变反应中相等
B. 氘核的比结合能比氦核的小，氘核比氦核更稳定
C. 氘核与氚核的间距达到10－10 m就能发生核聚变，聚变反应比裂变反应更安全，清洁
D. 6 g的氘完全参与聚变释放出能量约为3×1025 MeV
8. (2025·蚌埠期末)恒星内部“氦燃烧”的核反应方程为 ＋→X＋γ，X具有放射性，则下列说法中正确的是(　　)
A. “氦燃烧”的核反应在常温下就能发生
B. X的中子数比质子数多4个
C. X发生衰变时需要吸收热量
D. γ射线是由X释放的
9. 某行星内部含有氦核，在一定条件下氦核聚变成碳核C).已知质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的比结合能为E1，碳核的比结合能为E2，真空中的光速为c.
(1) 写出核反应方程并求核反应过程中的质量亏损Δm.
(2) 求氦核的核子平均质量.
10. 一种典型的氢核聚变反应是两个氘核()聚变成氦核()的同时释放中子，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，l u的质量相当于931.5 MeV的能量.
(1) 写出上述核反应方程式.
(2) 求核反应中释放的核能.
(3) 原子核具有足够的动能，碰撞时十分接近，才可以发生聚变.若两个氘核以相等的动能0.37 MeV进行对心碰撞，并且核反应释放的核能全部转化为机械能，求反应中产生的中子和氦核的动能.
课时4　核裂变与核聚变
1. AB　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，C错误；慢中子最容易引发铀核裂变，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D错误.
2. A　解析：根据质量数和核电荷数守恒可知式中X为 n.故选A.
3. ABC　解析：其反应方程是.其质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0) u＝0.007 8 u，A正确；Δm＝0.007 8×1.66×10－27 kg＝1.294 8×10－29 kg，B正确；ΔE＝0.007 8×931.5 MeV≈7.266 MeV，C正确；ΔE≈7.266×106×1.6×10－19 J≈1.16×10－12 J，D错误.
4. B　解析：根据电荷数和质量数守恒，可得该核反应方程为 ＋→＋，所以反应物X为 ，A错误；该聚变反应中有能量产生，故质量有亏损，B正确；要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的库仑力，才能达到核力作用的范围，这样两个原子核才能结合成新的原子核，相对库仑力而言，两氘核间万有引力可以忽略不计，C错误；由两个质子和一个中子组成，D错误.
5. D　解析：要使链式反应发生，铀块必须达到临界体积，A错误；只有中子轰击铀核，才能发生裂变反应，其方程为＋，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，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，D正确.
6. A　解析：原子弹的核反应为重核的裂变，X为中子 ，A错误，符合题意；氢弹的核反应为轻核的聚变，Y为氦原子核 ，B不符题意；核聚变和核裂变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，C不符题意；因核反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，D不符题意；故选A.
7. D　解析：核聚变反应中每个核子释放的能量比核裂变反应中每个核子释放的能量多，A错误；反应后的原子核比反应前的原子核更稳定，所以氦核比氘核更稳定，氘核的比结合能比氦核的小，B错误；氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到10－15 m以内，聚变反应比裂变反应更安全，清洁，C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应的质量亏损为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＝0.018 9×931 MeV≈17.6 MeV，则6 g的氘完全参与聚变释放出能量约为E＝×6×1023×17.6 MeV≈3×1025 MeV，D正确.
8. D　解析：“氦燃烧”是核聚变，是热核反应，必须在高温下进行，A错误；根据质量数、核电荷数守恒可知，X的质子数为4、核电荷数为8，因此中子数为4，B错误；X发生衰变时会放出能量，C错误；γ射线是由核反应的生成物即X释放的，D正确.
9. (1) HeC　　(2) －
解析：(1) 3个氦核()结合成1个碳核()的核反应方程
核反应中释放出的核能ΔE＝12E2－3×4E1＝Δmc2
核反应过程中的质量亏损Δm＝
(2) 2个质子和2个中子结合为α粒子时放出能量E＝4E1
损失质量Δm'＝
则α粒子的核子平均质量＝－
10. (1) 　(2) 3.26 MeV
(3) Ek中＝3 MeV，Ek氦＝1 MeV
解析：(1) 由题意可写出氢核聚变反应方程式为
(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＝Δmc2≈3.26 MeV
(3) 两个氘核以相等的动能0.37 MeV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
所以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
解得Ek中＝3 MeV，Ek氦＝1 MeV课时4　核裂变与核聚变
核心 目标 1．了解核裂变反应及链式反应的条件．知道反应堆的工作原理及其类型，知道核电站的工作流程．
2．了解核聚变反应及条件，关注受控核聚变反应研究的进展．了解两类核能应用的利弊，关注核聚变技术应用对人类生活和社会发展的影响．
要点梳理
要点1　核裂变的发现
1．核裂变：铀核等重核被__中子__轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出__核能__的过程．
用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是U＋Ba＋Kr＋__n__．
2．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使__核裂变__反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的__链式反应__．
(1) 临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的__最小__体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量．
(2) 链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于__临界体积__或裂变物质的质量大于__临界质量__．
3．我国科学家__钱三强__、何泽慧夫妇于1947年在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分，其概率大约是分裂为两部分的概率的 和 ．
要点2　反应堆与核电站
1．通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为__核反应堆__．
(1) 装置：如图，是当前普遍使用的“__热中子__(慢中子)”核反应堆的示意图．速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变．这样的中子就是“热中子”，或称慢中子．
(2) 燃料：铀棒
(3) 慢化剂：使核裂变产生的速度很大的快中子__减速__，如石墨、重水和普通水(也叫轻水)等．
(4) 控制棒：为了调节中子数目以控制反应__速度__，在铀棒之间插进的镉棒．
镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，链式反应的速度就会慢一些．
(5) 冷却剂：核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高．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，同时也使反应堆冷却．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．
2．核电站：核心设施是__核反应堆__，反应堆用的核燃料一般是铀235．
(1) 利用核能发电：在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的核燃料，释放的能量就相当于10 t标准煤完全燃烧放出的热．一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30 t左右的浓缩铀，同样功率的火电站，每年要烧煤 2.5×106 t !
(2) 保护层：建造核电站时需要特别注意防止放射线和放射性物质的泄漏，以避免放射性污染．为此，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层．核反应堆中的核废料需要装入特制的容器，深埋地下．
要点3　核聚变
1．定义：两个轻核结合成__质量较大__的核，这样的核反应叫作__核聚变__．
2．举例：H→____n+17.6 MeV．
3．条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15 m．这要克服电荷间强大的斥力作用，使轻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．
4．优点
(1) 轻核聚变__产能效率高__．
(2) 地球上__聚变燃料__的储量丰富．
(3) 轻核聚变更为__安全、清洁__．
5．约束方法
__磁约束__和惯性约束．
即学即用
1．易错辨析
(1) 铀核的裂变是一种天然放射现象．(　×　)
(2) 现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的核聚变反应释放的核能．(　√　)
(3) 铀核裂变时只能释放出3个中子．(　×　)
(4) 铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(　√　)
(5) 控制棒吸收的中子多，则链式反应速度就快．(　×　)
2．(2025·合肥一六八中学期中)下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是(　B　)
A．PSie
B．HHHn
C．CNe
D．UThHe
解析：轻核聚变是指把轻核结合成质量较大的核，并释放出核能的反应，所以由此可知A是衰变反应，B是轻核聚变，C是β衰变，D是α衰变．故选B．
考向1　对核裂变和链式反应的理解
对重核裂变的两点理解
1．重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程．
2．重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后__质量有亏损__，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要__小__，所以在重核分解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．
3．铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应．常见的裂变方程：
(1)UnXeSr+n
(2)UnBaKr+n
　扩大核能应用是减少碳排放的必要手段，我国目前拥有的所有核电站均采用核裂变的链式反应获取能量．下列说法中正确的是(　B　)
A．重核裂变释放出大量能量，产生了质量亏损，核子数要减少
B．反应堆中镉棒插入深一些将会减慢核反应速度
C．核裂变比核聚变效率更高，更清洁安全
D．裂变反应后生成的新核的比结合能小于反应前原子核的比结合能
解析：核反应过程中仍满足电荷数守恒和质量数守恒，即核子数不变，A错误；镉棒可以吸收慢中子，因此反应堆中将镉棒插入深一些将会减慢核反应速度，B正确；核裂变产生的核废料放射性极强，核聚变原料好获取，产物无污染，不具有放射性，核聚变更清洁安全，C错误；裂变反应释放大量的能量，产生的新核更稳定，因此其比结合能比反应前原子核的比结合能大，D错误．
　2024年5月，我国自主研发的全球首个陆上商用模块式小型核反应堆“玲龙一号”，通过国际原子能机构(IAEA)通用安全审查．其使用的核燃料为U，核反应方程是nBaKr+n＋γ．下列说法中正确的是(　A　)
A．x＝3
B．该核反应属于热核反应
C．U的比结合能大于Kr的比结合能
D．γ射线在真空中的传播速度约为光速的0.1倍
解析：根据质量数守恒，可得235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，A正确；热核反应指核聚变，该核反应属于核裂变反应，B错误；核裂变过程，由于核力做正功释放核能，因此生成物比反应物更稳定，比结合能更大，即Ba核的比结合能比U核的比结合能要大，C错误；γ射线是电磁波，在真空中的传播速度等于光速，D错误．
考向2　反应堆与核电站
核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件如表：
部件名称 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 水或液态钠 很厚的水泥外壳
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
　核电站发电原理是核裂变反应所释放的能量通过热力产生电能．铀235是核电站的主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235既发生裂变，也发生衰变．铀235裂变方程为Un→XKr+n，衰变方程为U→YHe，则下列说法中正确的是(　B　)
A．衰变产生的新核Y不再具有放射性
B．U的比结合能小于Kr的比结合能
C．衰变过程是通过吸收裂变过程释放的能量进行的
D．反应堆中镉棒插入深一些将会加快核反应速度
解析：根据电荷数守恒和质量数守恒，Y原子核中含有的电荷数为92－2＝90，大于80，是具有放射性的，A错误；裂变反应放出核能，生成物更加稳定，则U的比结合能小于Kr的比结合能，B正确；衰变过程也是释放能量的，C错误；要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些，D错误．
考向3　对核聚变的理解
1．核聚变的特点
(1) 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．
(2) 在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放出__更多__的能量．
(3) 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．
(4) 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．
2．优缺点
(1) 优点：轻核聚变产能效率高，聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍；地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；轻核聚变更为安全、清洁．
(2) 缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．
3．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．
　(2025·河北唐山期中)太阳内部发生的一种核聚变反应的方程为H＋He＋X，其中X为某种微观粒子，下列说法中正确的是(　D　)
A．该核反应原理与原子弹爆炸的原理相同
B．核的比结合能小于核的比结合能
C．X为电子，最早由卢瑟福通过实验发现
D．X为中子，其质量稍大于质子的质量
解析：太阳内部的核反应为核聚变，原子弹爆炸的原理为核裂变，A错误；分析核反应方程为H＋He＋X，该反应释放核能，故生成物的比结合能大核的比结合能大于核的比结合能，B错误；根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X为中子，最早由查德威克通过实验发现，中子的质量稍微大于质子的质量，C错误，D正确．
　(2025·芜湖一中月考)“烛龙一号”是我国首款碳-14核电池，核反应方程为e，反应释放的高能电子被半导体材料捕获并转化为电流．碳-14的半衰期长达5 730年，核电池理论寿命可达数千年，能为脑机接口设备、人工心脏和深空探测器等提供长期稳定的能源供应．关于碳-14核电池，下列说法中正确的是(　C　)
A．其核反应原理与核电站中核反应堆的工作原理相同
B．核反应产生的电子来自于C的核外电子
C．C的中子数比N的中子数多
D．C的结合能与N的结合能相等
解析：碳-14核电池发生的是β衰变，核电站核反应类型为裂变，二者不同，A错误；β衰变产生的电子来自于核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，B错误；C的中子数为14－6＝8，比N的中子数多1个，C正确；衰变过程中，C质量亏损，释放能量，二者结合能不相等，D错误．故选C．
1．(2025·浙江绍兴中学)(多选)“人造太阳”标志着我国核聚变研究又获得重大突破，也为人类获得可控核聚变能源奠定了商用的物理和工程基础．关于核聚变，下列说法中正确的是(　BD　)
A．核聚变可以在常温下发生
B．太阳释放的巨大能量是核聚变产生的
C．聚变反应比较好控制，因此能源危机马上会解决
D．“人造太阳”内部的反应是HH→n的聚变反应
解析：核聚变反应属于热核反应，必须在高温下进行，故A错误；太阳释放的巨大能量是核聚变产生的，故B正确；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温，聚变反应一旦实现，可在瞬间产生大量热能，地球上没有任何容器能够承受如此高的温度，实现受控热核反应还需要很长一段路，故C错误；“人造太阳”内部的反应是轻核聚变，反应方程为HH→n，故D正确．
2．(2024·六安一中期末)下列说法中正确的是(　C　)
A．放射性元素衰变过程遵守质量守恒和电荷守恒
B．核电站中U发生核裂变的常见核反应方程为 UBaKr+n
C．Pu比U的比结合能小
D．HHHen是α衰变
解析：放射性元素衰变过程质量数守恒，质量有亏损不守恒，A错误；核电站中U发生核裂变的常见核反应方程为UnBaKr+n，B错误；质量数更靠近中等的比结合能大，C正确；HHHen是核聚变，D错误．
3．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1) 写出这个核反应方程．
(2) 这一核反应能释放多少能量？
(3) 已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克(mp=1.004 3 u，mHe=4.001 5 u，me=0.000 55 u)
答案：(1) He+e　(2) 24.78 MeV
(3) 4.2×109 kg
解析：(1) 由题意可得核反应方程应为He+e
(2) 反应前的质量m1＝4mp＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u
反应后的质量m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u
Δm＝m1－m2＝0.026 6 u
由质能方程得，释放能量ΔE＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV．
(3) 由质能方程ΔE＝Δmc2得每秒减少的质量
Δm＝＝ kg＝4.2×109 kg．

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