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第3章 能量的轉化與守恒
第7節 核能
學習目標
1.說出核能的概念及其應用。
2.知道原子核的裂變和聚變是獲得核能的兩種方式。
3.了解核電站的工作過程，知道核能的優點和可能帶來的問題。
4.了解放射線及其應用。
5.初步建立利用核能的意識，初步建立能源可持續發展的觀念。
知識點1 核能
1.核能
概念 原子核是可以轉變的。原子核在轉變過程中所釋放出的能量，稱為核能
獲得途徑 原子核的裂變和原子核的聚變
2.核裂變
含義 裂變是質量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個新原子核，并釋放出巨大能量的現象
舉例 中子轟擊鈾 ，鈾核就會分裂成2個新核，并釋放出能量，同時產生幾個新的中子，1千克鈾全部裂變，釋放出的能量超過2 000 噸煤完全燃燒釋放的能量
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鏈式反應 每個鈾核裂變時會產生幾個中子，這些中子又
會繼續轟擊其他鈾核，使其他鈾核裂變并產生
更多的中子，這樣就會導致一系列鈾核持續裂
變，產生鏈式反應，如圖所示
應用 （1）快速的裂變反應可以引起猛烈的爆炸，原子彈就是利用快速裂變制成的，我們還可以控制鏈式反應的速度，把核能用于和平建設事業，“核反應堆”就是控制裂變反應的裝置。
（2）原子彈、核電站都是根據核裂變的原理制成的。原子彈屬于不加控制的鏈式反應；核電站屬于可控制的鏈式反應
3.核聚變
含義 2個質量較小的原子核結合成質量較大的新原子核，同時釋放出能量的現象。由于核聚變需要極高的溫度，所以核聚變也叫熱核反應
圖示 氘核（核內有1個質子和1個中子）和氚核（核內有1個質子和2個中子）在超高溫下聚合成新的原子核——氦核，并釋放出1個中子，同時釋放巨大的能量
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釋放能量情況 質量相同的核燃料，核聚變反應釋放的核能比核裂變反應釋放的核能要多得多
應用 氫彈是根據核聚變的原理制造的，它的威力比原子彈大得多。太陽的內部在不停地發生這種核聚變，從而向外釋放出巨大的能量
裂變與聚變的比較
比較 裂變 聚變
定義 較大原子核分裂為較小原子核的過程 質量較小的原子核結合成較大原子核的過程
條件 用中子轟擊較大原子核 超高溫
釋放核能大小 巨大 更加巨大
是否可以控制 可利用核反應堆控制鏈式反應的速度 目前，核聚變反應速度還不能人為控制
應用 原子彈、核電站 氫彈
典例1 下列關于核能的說法正確的是( )
C
A.核能和煤、石油一樣都是常規能源，而不是新能源
B.核能是可再生能源
C.原子核發生裂變和聚變都會釋放出巨大的能量
D.氫彈爆炸就是核裂變發生鏈式反應的結果
知識點2 核能的和平利用——核電站 難點
利用核能發電的電站叫核電站。利用核能發電是人們和平利用核能的一個重要方向。
1.核電站
核反應堆 可控制地進行核反應的裝置，稱為核反應堆。核反應堆是核電站的核心部分，它以軸為核燃料
核電站的原理 利用核反應堆提供的能量，使水變成蒸汽，再利用高溫高壓的蒸汽推動汽輪發電機發電
工作過程 __________________________________________________________________
①第一回路中的水被泵壓入反應堆，在那里加熱，然后進入熱交換器，把熱量傳給第二回路的水以后，又被泵壓回到反應堆里。②在熱交換器內，第二回路的水經加熱變成高溫高壓蒸汽，送入汽輪機驅動汽輪機做功后溫度和壓強都降低，進入冷凝器，最后又由水泵把它壓回熱交換器。高速旋轉的汽輪機帶動發電機發電
核電站的能量轉化
核電站的特點 ①消耗燃料少，產生的能量巨大，可以大大減少燃料的運輸量；②特別適用于缺少化石能源和水力資源的地區；③建設成本較高，技術含量高，但原料成本相對偏低；④核電站需防止放射性物質泄漏，以免造成放射性污染，因此必須采用可靠的保護措施，同時要處理好廢渣
2.核能的和平利用
人們雖然能夠控制裂變反應的速度，但還沒有找到實用的控制核聚變反應的方式，直到現在人類還不能和平利用核聚變的能量。科學家一直致力于探索核聚變的控制途徑。受控的核聚變能夠為人類提供幾乎取之不盡的理想潔凈的能量，人類一旦能夠穩定地獲取核聚變能，將不再有“能源危機”。
典例2 &1& 2021年1月，使用中國自主研發核電技術的“華龍一號”核電機組正式投入運行。核反應堆內發生核反應后產生大量的熱，使第一回路中的水成為高溫高壓水后進入蒸汽發生器，在其中將第二回路中的水加熱成為高溫高壓水蒸氣，驅動汽輪機運轉，汽輪機帶動發電機發電。下列說法不正確的是( )
C
A.核反應堆是利用核裂變產生核能的
B.蒸汽發生器內通過熱傳遞改變水的內能
C.汽輪機工作時將機械能轉化為內能
D.發電機的工作原理是電磁感應
[解析] 汽輪機是熱機，使用時將內能轉化為機械能，故C錯誤。
知識點3 放射性
1.放射性：早在100多年前，科學家貝克勒爾、居里夫人等發現鈾、釷、鐳等元素能夠自發地放出穿透能力很強的射線。居里夫人把元素具有的這種輻射能力叫放射性。
2.三種主要的放射線
射線 組成 穿透本領
射線 帶正電的高速運動的氦原子核流 穿透能力不強，在空氣中只能前進幾厘米
射線 帶負電的高速運動的電子流 穿透能力較強，能穿透幾毫米厚的鋁板
射線 能量很高的電磁波，不帶電（中性） 穿透能力極強，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土
3.放射性的利與弊
利 工業 利用放射線來測量物體厚度；利用 射線對機械設備進行探傷
農業 利用放射線照射種子，使其發生變異，培育新的優良品種；利用放射線可以殺菌
醫療 利用 射線治療癌癥
弊 過量的高能量的放射線照射對人體和動物的組織有破壞作用 典例3 以下對于放射線的說法正確的是( )
B
A.放射線無污染、無公害，使用時十分安全簡單
B.在利用放射線時，要注意進行有效的防護和防止污染
C.放射線對人畜傷害嚴重，有弊無利，難于利用
D. 射線和 射線是有益的，而 射線是有害的
題型 核能的利用
角度1 裂變和聚變 ★★
典例4 （2022·臨海期末）臺州已成為發電大市，有多種發電方式。如圖甲所示為三門核電站發電流程圖，目前核電站主要利用________（選填“核聚變”或“核裂變”）獲得核能。如圖乙所示為溫嶺江廈潮汐發電的原理圖，從能量轉化角度來說，就是利用海水的______能，通過水輪發電機轉化為電能。
核裂變
機械
角度2 能量轉化過程 ★★
典例5 （2023·湖州模擬）目前，在我國能源結構中，核能在構建清潔低碳能源體系中起到關鍵作用，可以與風、光伏等清潔能源互為補充，協同發展。如圖是核電站發電及利用工作流程圖，關于流程中各裝置的能量轉化，正確的是( )
A
A.核反應堆：核能轉化為內能
B.蒸汽輪機：化學能轉化為機械能
C.發電機：電能轉化為機械能
D.電取暖器：電能轉化為機械能

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