學(xué)而優(yōu)教有方第4、5節(jié)核裂變與核聚變、“基本”粒子【知識(shí)梳理與方法突破】1.重核裂變的理解（1）重核裂變是中子轟擊質(zhì)量數(shù)較大的原子核，使之分裂成中等質(zhì)量的原子核，同時(shí)釋放大量的能量，放出更多的中子的過程。（2）重核的裂變是放能核反應(yīng)，原因是核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損，根本原因是重核的比結(jié)合能相比中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能要小。所以在重核分解為兩個(gè)中等質(zhì)量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子時(shí)得到的能量。（3）鈾的同位素中鈾235比鈾238更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。2.常見的裂變方程（1）?（2）?3.核電站的主要組成及其作用核電站的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，反應(yīng)堆用的核燃料是鈾235，它的主要部件如表：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4.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(jiǎn)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）為慢化劑，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶?，便于?35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。采用電子儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)控制棒插入深度，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(dòng)，把熱量傳輸出去，用于發(fā)電。（4）保護(hù)層：發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)，會(huì)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。5.核聚變的特點(diǎn)（1）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)。（2）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。（3）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。（4）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。6.核聚變的應(yīng)用（1）核武器——?dú)鋸棧阂环N不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置。它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。（2）可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段。7.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強(qiáng)子又分為介子和重子兩類輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子傳遞電磁相互作用，中間玻色子傳遞弱相互作用，膠子傳遞強(qiáng)相互作用希格斯玻色子希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)。基本粒子因與希格斯場(chǎng)耦合而獲得質(zhì)量。2012年，歐洲核子研究中心利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子【例】我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩組60萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來源于的裂變，下列說法正確的是（）A．原子核中有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子B．的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為U＋n→Xe＋Sr＋2nC．是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短D．一個(gè)裂變能放出200MeV的能量，約3.2×10－11J【答案】ABD【詳解】A．由的質(zhì)量數(shù)等于中子數(shù)加質(zhì)子數(shù)的關(guān)系可知，A正確；B．由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確；C．半衰期不受外界因素干擾，只與核本身有關(guān)，C錯(cuò)誤；D．因?yàn)?00MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，D正確。故選ABD。【針對(duì)訓(xùn)練】我國(guó)最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1000s，溫度超過1億攝氏度，這標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平。合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方。核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富。已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是（）A．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子B．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子C．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)所釋放的核能為(2m1-m3-m4)c2D．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)所釋放的核能為(2m1-m3-m2)c2【答案】BD【詳解】AB．由核反應(yīng)方程2→＋知X應(yīng)為中子，A錯(cuò)誤，B正確；CD．根據(jù)質(zhì)能方程可知，釋放的核能應(yīng)為ΔE＝(2m1-m3-m2)c2，C錯(cuò)誤，D正確。故選BD?！緦?duì)點(diǎn)檢測(cè)】1．下面列出的是一些核反應(yīng)方程，針對(duì)核反應(yīng)方程下列說法正確的是（）①②③④A．核反應(yīng)方程①是重核裂變，X是粒子B．核反應(yīng)方程②是輕核聚變，Y是中子C．核反應(yīng)方程③是太陽內(nèi)部發(fā)生的核聚變，K是正電子D．核反應(yīng)方程④是衰變方程，M是中子【答案】B【詳解】A．①不是重核裂變方程，是典型的衰變方程，A錯(cuò)誤；B．②是輕核聚變方程，，所以Y是中子，B正確；C．太陽內(nèi)部發(fā)生的核聚變主要是氫核的聚變，，K是中子，不是正電子，C錯(cuò)誤；D．④不是衰變方程，是重核裂變方程，D錯(cuò)誤。故選B。2．原子彈和核電站的根本區(qū)別是（）A．原子彈利用核裂變，核電站利用核聚變B．原子彈利用核聚變，核電站利用核裂變C．原子彈對(duì)裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，核電站控制裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度D．原子彈對(duì)聚變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，核電站控制聚變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度【答案】C【詳解】原子彈利用核能的破壞能力，所以其對(duì)裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，核電站利用核能發(fā)電，所以需要控制裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度。故選C。3．關(guān)于鈾核的裂變，下列說法中正確的是（）A．鈾核裂變的產(chǎn)物一定是鋇和氪B．鈾核裂變時(shí)，還能同時(shí)釋放2~3個(gè)中子C．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好用純鈾238D．鈾塊的體積對(duì)于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響【答案】B【詳解】A．鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，不同的裂變產(chǎn)物是不一樣的，故A錯(cuò)誤；B．重核裂變時(shí)用中子轟擊重核，產(chǎn)生多個(gè)中子，中子又會(huì)撞擊重核，產(chǎn)生更多的中子，使裂變不斷進(jìn)行下去，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾核裂變時(shí)能同時(shí)釋放2～3個(gè)中子，故B正確；Ｃ．鈾235受中子的轟擊時(shí)，裂變的幾率大，而鈾238只有俘獲能量在1

MeV以上的中子才能引起裂變，且裂變的幾率小。所以為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用純鈾235，故C錯(cuò)誤。D．要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需使鈾塊體積超過臨界體積。故D錯(cuò)誤。故選B。4．在反應(yīng)堆中，為了使中子的速度減慢，可選用作為中子減速劑的物質(zhì)是(

)．A．氫 B．鈾 C．鎘 D．水【答案】D【詳解】在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑；故D正確；故選D。5．一個(gè)氘核和一個(gè)氚核聚合成一個(gè)氦核的反應(yīng)方程是H＋H→He＋n，此反應(yīng)過程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為Δm。已知阿伏加德羅常數(shù)為NA，真空中的光速為c。若1mol氘和1mol氚完全發(fā)生核反應(yīng)生成氦，則在這個(gè)核反應(yīng)中釋放的能量為（）A．NAΔmc2 B．NAΔmc2C．2NAΔmc2 D．5NAΔmc2【答案】B【詳解】一個(gè)氘核和一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)，釋放出的能量為Δmc2，1mol的氘核和1mol的氚核結(jié)合成1mol的氦核釋放能量為NAΔmc2。故選B。6．下列說法中正確的是（）A．目前人類已掌握了可控裂變反應(yīng)技術(shù)B．目前人類已掌握了可控聚變反應(yīng)技術(shù)C．對(duì)于裂變和聚變?nèi)祟惗伎梢钥刂屏薉．對(duì)于裂變和聚變?nèi)祟惸壳吧胁荒茏龅娇刂啤敬鸢浮緼【詳解】目前我們只掌握重核裂變可控技術(shù)，故A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。7．關(guān)于核反應(yīng)堆中用鎘棒控制反應(yīng)速度的原理，下列說法正確的是（

）A．鎘棒能釋放中子，依靠釋放的多少控制反應(yīng)速度B．用鎘棒插入的多少控制快中子變?yōu)槁凶拥臄?shù)量C．利用鎘棒對(duì)中子吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)，依靠插入的多少控制中子數(shù)量D．鎘棒對(duì)鈾核裂變有一種阻礙作用，利用其與軸的接觸面積的大小控制反應(yīng)速度【答案】C【詳解】A．鎘棒并不能釋放中子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．鎘棒并不能使中子減速，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．鎘棒是利用其對(duì)中子的吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)，控制中子的數(shù)量從而控制核反應(yīng)速度，選項(xiàng)C正確.D．鎘棒對(duì)鈾核裂變沒有阻礙作用，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.8．下列所述正確的是（）A．強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子