4．核裂變與核聚變第五章原子核學(xué)習(xí)任務(wù)1．了解核裂變反應(yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。2．知道反應(yīng)堆的工作原理及其類型，知道核電站的工作流程。3．了解核聚變反應(yīng)及條件，關(guān)注受控核聚變反應(yīng)研究的進(jìn)展。4．了解兩類核能應(yīng)用的利弊，關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展的影響。關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成1．核裂變重核被____轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的碎塊，并放出____的過程。知識點(diǎn)一核裂變的發(fā)現(xiàn)中子核能

核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)4．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于________或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于________。臨界體積臨界質(zhì)量如圖所示為核裂變示意圖?！締栴}】(1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎？(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)嗎？提示：(1)(2)重核的裂變不能自發(fā)地進(jìn)行，只能發(fā)生在人工控制的核反應(yīng)中，只有達(dá)到鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件時(shí)，才會發(fā)生重核的裂變。1．鈾核的裂變和裂變方程(1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動，使核變成不規(guī)則的形狀。(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出2或3個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。

√√BD

[根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，可得A＝235＋1－(90＋10×1)＝136，A錯(cuò)誤；根據(jù)電荷數(shù)守恒，可得Z＝92—54＝38，B正確；反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝(235.0439＋1.0087－135.9072－89.9077－10×1.0087)u＝0.1507u，C錯(cuò)誤；該裂變反應(yīng)釋放的總能量為E＝0.1507×931.5MeV＝140.37705MeV≈140.3771MeV，D正確。]

√

1．核能釋放的控制通過可控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)核能釋放的裝置稱為________。2．慢化劑反應(yīng)堆中，為了使裂變產(chǎn)生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有____、____和______(也叫輕水)。知識點(diǎn)二反應(yīng)堆與核電站核反應(yīng)堆石墨重水普通水3．控制棒為了控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，它吸收____的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，可將其插入__一些，多吸收一些____，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作______。4．能量輸出核燃料____釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆外________，把反應(yīng)堆內(nèi)的____傳輸出去，用于____。中子深

中子控制棒裂變循環(huán)流動熱量發(fā)電5．核污染的處理：為避免射線對人體的傷害和放射性物質(zhì)對水源、空氣和工作場所造成的放射性污染，在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的______，用來屏蔽________放出的各種射線，核反應(yīng)堆中的核廢料具有很強(qiáng)的______，需要裝入特制的容器，深埋地下。提醒：核裂變是可以控制的，如核電站的建立和應(yīng)用。水泥層裂變反應(yīng)放射性核電站的工作流程水被壓入反應(yīng)堆，通過核反應(yīng)放出的熱使水溫升高，生成高溫高壓蒸汽，驅(qū)動汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使發(fā)電機(jī)正常工作?！締栴}】(1)核電站的核心設(shè)施是什么？(2)核電站是如何實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的？提示：(1)核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆。(2)通過熱交換器將核反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量輸送出來，推動汽輪機(jī)工作。1．核電站的主要組成核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆

，反應(yīng)堆用的核燃料是鈾235，它的主要部件列表如下：部件名稱慢化劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼部件名稱慢化劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層部件名稱慢化劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子，控制反應(yīng)速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線，防止放射性污染2．反應(yīng)堆工作原理(1)熱源：在核電站中，核反應(yīng)堆是熱源，如圖為簡化的核反應(yīng)堆示意圖：鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2～4%)制成，石墨、重水或普通水為慢化劑，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶?，便于?35的吸收，發(fā)生裂變，慢化劑附在鈾棒周圍。(2)控制棒：鎘棒的作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以也叫控制棒?？刂瓢舨迦肷钜恍?，吸收的中子多，反應(yīng)速度變慢，插入淺一些，吸收的中子少，反應(yīng)速度加快，采用電子儀器自動調(diào)節(jié)控制棒的插入深度，就能控制核反應(yīng)的劇烈程度。(3)冷卻劑：核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時(shí)通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把內(nèi)能傳輸出去，用于推動蒸汽機(jī)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)，會產(chǎn)生一些有危險(xiǎn)的放射性物質(zhì)，很厚的水泥防護(hù)層可以防止射線輻射到外面。3．核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)(1)消耗的核燃料少。(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大。(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。

思路點(diǎn)撥：由題給條件求出總能量，再求出有用功，除以時(shí)間得到電功率。

[答案]

5.2×107W

√

知識點(diǎn)三核聚變質(zhì)量較大核聚變

3．條件(1)輕核的距離要達(dá)到__________以內(nèi)。(2)需要加熱到很高的____，因此又叫________。4．優(yōu)點(diǎn)(1)輕核聚變__________。(2)地球上________的儲量豐富。(3)輕核聚變更為__________。10-15m溫度熱核反應(yīng)產(chǎn)能效率高聚變?nèi)剂习踩?、清?．約束方法______和慣性約束。6．應(yīng)用：目前，人工產(chǎn)生的熱核反應(yīng)主要用在核武器上，那就是____，需要用______爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)核爆炸。7．太陽能：太陽的主要成分是__，太陽中心溫度可達(dá)1.6×107K，在此高溫下，氫核聚變成氦核的反應(yīng)不停地進(jìn)行著，太陽能就來自于太陽內(nèi)部____釋放的核能。磁約束氫彈原子彈氫聚變?nèi)鐖D為輕核聚變示意圖?！締栴}】(1)若要發(fā)生核聚變，對原子核間的距離有什么要求？(2)核聚變?yōu)楹斡纸袩岷朔磻?yīng)？提示：(1)原子核間的距離達(dá)到10-15m以內(nèi)。(2)核聚變需要在幾百萬開爾文的高溫下才能進(jìn)行，因此核聚變又叫熱核反應(yīng)。1．聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核間的距離接近核力發(fā)生作用的距離10-15

m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用，要求輕核具有足夠大的動能。要使原子核具有足夠大的動能，就要給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫。2．輕核聚變是放能反應(yīng)從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)。3．核聚變的特點(diǎn)(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放出更多的能量。(2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去。(3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。4．核聚變的應(yīng)用(1)核武器——?dú)鋸棧核脧楏w內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)的兩種方案：①磁約束，②慣性約束。

粒子名稱質(zhì)子(p)α粒子正電子(e)中子(n)質(zhì)量/u1.00784.00260.00051.0087

√√√

[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多選)(2021·浙江1月選考)如圖所示是我國全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。2018年11月，該裝置實(shí)現(xiàn)了1×108

℃等離子體運(yùn)行等多項(xiàng)重大突破，為未來和平利用聚變能量邁出了重要一步。關(guān)于核聚變，下列說法正確的是(

)A．聚變又叫熱核反應(yīng)B．太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆C．高溫能使原子核克服核力而聚變D．對相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多√√√ABD

[核聚變是熱核反應(yīng)，A正確；太陽內(nèi)部進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)，B正確；要使輕核發(fā)生核聚變，必須使它們之間的距離達(dá)到10-15

m以內(nèi)，核力才能起作用，由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力，高溫能使它們具有足夠的動能來克服庫侖斥力而聚合，然后再借助核力，發(fā)生聚變，C錯(cuò)誤；對于相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變產(chǎn)能多，D正確。]學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測1．關(guān)于重核的裂變，以下說法中正確的是(

)A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量B．中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小D．由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能243題號1√

243題號1mXe＝138.9178u，質(zhì)量虧損Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋3mn)＝0.1933u，可見鈾裂變的質(zhì)量虧損遠(yuǎn)小于一個(gè)核子的質(zhì)量，核子數(shù)是不會減少的，故C錯(cuò)誤；重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，由于核子平均質(zhì)量減小，會發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，故D正確。]243題號1

243題號1√√AC

[由核反應(yīng)方程式可以看出該反應(yīng)生成了兩個(gè)中子，A正確；鈾塊體積需達(dá)到臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，所以鈾塊體積對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生有影響，B錯(cuò)誤；鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以通過控制棒進(jìn)行人工控制，C正確；放射性物質(zhì)的半衰期是元素本身的屬性，與外界物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境均無關(guān)，D錯(cuò)誤。]243題號1

243題號1√A

[A項(xiàng)中輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，是核聚變反應(yīng)，A正確；B選項(xiàng)是原子核的人工轉(zhuǎn)變，B錯(cuò)誤；C選項(xiàng)產(chǎn)物中有電子，是β衰變，C錯(cuò)誤；D選項(xiàng)中鈾235是重核，發(fā)生的是裂變