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第五章　原子核
第4節　核裂變與核聚變
較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉化和使用的呢
新知導入
一 核裂變
重核在被中子轟擊后分裂成兩個質量差不多的較輕原子核,并放出核能的過程。
1.定義：
重核裂變只發生在人為控制的核反應中，自然界不會自發產生
2.鈾核的裂變
1938年，德國物理學家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時，發現了鈾核的裂變.
哈恩1879—1968，德國放射化學家和物理學家獲1944年諾貝爾化學獎
1）發現：
2）裂變產物：多種多樣
Xe和Sr
氙和鍶
Ba和Kr
鋇和氪
Sb和Nb
銻（tī）和鈮（ní）
課堂探究
3）鏈式反應
當中子進入U235,使其分裂成幾塊，同時釋放出2~3個中子，這些中子又引起其它鈾核的裂變，這樣裂變就會不斷的進行下去，釋放出越來越多的核能，這就叫鏈式反應.
① 定義：
核裂變物質的體積大于或等于臨界體積或核裂變物質的質量大于或等于臨界質量。
② 必要條件：
原子彈
解析：用中子轟擊 等少數重核元素才能發生裂變反應,鈾核裂變時可能分裂為兩部分、三部分或四部分,但產生兩部分的概率最大,A、D錯誤,C正確;鈾核裂變為中等質量的原子核時一定釋放能量,B正確。
例1、(多選)關于裂變反應,下列說法正確的是(　　)
A.用中子轟擊鈾核發生裂變,其一定分裂為質量差不多的兩部分
B.鈾核裂變為中等質量的原子核一定釋放能量
C.鈾核發生裂變時可能分裂成兩部分、三部分或四部分
D.所有重核用中子轟擊均能發生裂變反應
BC
典例精析
秦山核電站是我國自行設計、建造和運營管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站,地處浙江省海鹽縣。
秦山核電站工程建設自1985年3月開工,1991年12月并網發電。
秦山核電站的建成發電,使我國成為世界上第7個能夠自行設計、建造核電站的國家。
二 反應堆與核電站
課堂探究
1.核電站：
利用核能發電，它的核心設施是核反應堆，組成：
由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成，它是核反應堆的燃料。
①鈾棒：
石墨(或重水)作為慢化劑，附著在鈾棒周圍，使反應生成的快中子變為慢中子，便于被鈾235“捉”住，發生核裂變。
②石墨(或重水)：
屏蔽射線，防止放射性污染。
④水泥防護層：
主要作用是吸收中子，控制反應速度，所以叫作控制棒。
③鎘棒：
2.核電站優點：
①消耗的核燃料少
②污染小
一座百萬千瓦級的核電站，一年只消耗濃縮鈾30噸左右，而同樣功率的火電站每年要消耗煤250萬噸。核電站對環境的污染比火電站小。
聚變
裂變
核裂變與核聚變
三 核聚變
課堂探究
2013年1月5日中科院合肥物質研究院宣布，“人造太陽”實驗裝置輔助加熱工程的中性束注入系統在綜合測試平臺上成功實現100秒長脈沖氫中性束引出。
2020年7月28日，國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大工程安裝啟動儀式在法國該組織總部舉行。
2020年12月4日14時02分，新一代“人造太陽”裝置——中國環流器二號M裝置（HL-2M）在成都建成并實現首次放電。
1.核聚變：
2.發生條件:
例如：
原子核間距離在10-15m范圍內,需要高溫幾百萬度,所以聚變又叫熱核反應.
輕核結合成質量較大的原子核的反應叫聚變.
3．實例分析
熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應堆。
氫彈，由化學炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產生的高溫高壓引發熱核爆炸。
(1)宇宙天體：
(2)核武器：
5．實現可控核聚變的方案：磁約束和慣性約束。
4．核聚變與核裂變相比有很多優點
(1)輕核聚變產能效率高；
(2)地球上核聚變燃料的儲量豐富；
(3)輕核聚變更為安全、清潔。
典例精析
2、(多選)關于核反應堆,下列說法正確的是(　　 )
A.鈾棒是核燃料,裂變時釋放核能
B.鎘棒的作用是控制反應堆的功率
C.石墨的作用是吸收中子
D.冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出熱能
解析：鈾棒是核燃料,裂變時可放出能量,故A正確;鎘棒吸收中子的能力很強,作用是調節中子數目以控制反應速度,即控制反應堆功率,故B正確;慢中子最容易引發核裂變,所以在快中子碰到鈾棒前要進行減速,石墨的作用是使中子減速,故C錯誤;水或液態金屬鈉等流體在反應堆內外循環流動,把反應堆內的熱量傳輸出去,用于發電,同時也使反應堆冷卻,控制溫度,故D正確。
ABD
1.我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環流器二號M”（又被稱為“人造太陽”）將在2020年投入運行，其所發生的可控核聚變方程是 .已知
、 、 和X的質量分別為m1、m2、m3和m4，真空中的光速為c，下列說法正確的是（　　）
A．X是質子
B．大亞灣核電站利用核聚變發電
C．該核反應所釋放的核能為
D． 和 的結合能之和大于的結合能
課堂達標
解析：A．根據質量數和電荷數守恒可知，X是中子，A錯誤；
B．大亞灣核電站是利用重核裂變來發電，B錯誤；
C．根據質能方程，該核反應所釋放的核能為
C正確；
D．比結合能大的原子核更穩定，一個氘核與一個氚核結合成一個核時，釋放能量，則 更穩定，比結合能更大，核子數守恒，則 和 的比結合能之和小于 的比結合能，D錯誤。
故選C。答案：C
2.能源是社會發展的基礎，發展核能是解決能源問題的途徑之一，下列釋放核能的反應方程，表述正確的有（　　）
A． 是人工核反應
B． 是核裂變反應，該反應吸收能量
C．由于裂變比聚變產能效率高，目前的核電站是利用的裂變，用減速劑把快中子變為熱中子，用鎘棒控制反應速度
D．核聚變溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經受如此高的溫度，科學家設想的解決方案是磁約束和慣性約束
解析：A． 是核聚變反應，故A錯誤；
B． 是核裂變反應，反應過程中有質量虧損，則該反應放出能量，故B錯誤；
C．由于裂變容易控制且發生的條件比聚變更低，則目前的核電站是利用的裂變，但聚變產能效率高，故C錯誤；
D．核聚變溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經受如此高的溫度，科學家設想的解決方案是磁約束和慣性約束，故D正確。
故選D。
答案：D
T
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