資源簡介

第五節(jié)　裂變和聚變
［分值：60分］
1~8題每題4分，共32分
考點一　核裂變與鏈式反應
1.關于重核的裂變，以下說法正確的是 (　　)
A.核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量
B.中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應
C.重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質量虧損，所以核子數(shù)要減少
D.由于重核的核子平均質量大于中等質量核的核子平均質量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|量的核時，要發(fā)生質量虧損，放出核能
2.原子彈是利用重核裂變的鏈式反應制成的，在極短的時間內(nèi)能夠釋放大量的核能，發(fā)生猛烈爆炸。下列核反應方程式中屬于原子彈爆炸的核反應方程式的是 (　　)
AUThHe
BUnSrXe+1n
CNHCHe
DHHHen
3.(2024·佛山市模擬)在2023年10月28日舉行的首屆國際天然鈾產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇中，我國宣布，通過“天空地深”一體化勘查技術發(fā)現(xiàn)了一批萬噸至十萬噸級鈾礦床。天然鈾中主要有鈾238和鈾235，其中，鈾235的裂變方程為nKrBa+n，下列說法正確的是 (　　)
A.鈾235裂變可以自發(fā)進行
B.反應方程中A=144，Z=53
CKr的比結合能大于U的比結合能
D.離地表越深，溫度越高，鈾235的半衰期也越大
考點二　核聚變
4.(2024·東莞市模擬)太陽內(nèi)部有多種熱核反應，其中一個反應方程是HH→ He+X，下列說法正確的是 (　　)
A.X是質子
B.該核反應屬于α衰變
C.該核反應屬于核聚變
D.該反應是現(xiàn)在核電站中的主要核反應
5.(2023·湛江市模擬)我國新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”，首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行。“人造太陽”物理本質就是核聚變，由于其發(fā)生核聚變的原理和太陽發(fā)光發(fā)熱的原理很相似，核反應方程為HHHe+X。下列說法正確的是 (　　)
A.該核反應不需要極高的溫度也能發(fā)生
B.該核反應是核聚變反應，聚變反應過程吸收能量
C.核反應方程式中的X是電子
D.輕核聚變與重核裂變相比，聚變更為安全、清潔
6.(2019·全國卷Ⅱ)太陽內(nèi)部核反應的主要模式之一是質子-質子循環(huán)，循環(huán)的結果可表示為He+e+2ν，已知H和He的質量分別為mp=1.007 8 u和mα=4.002 6 u，1 u=931 MeV/c2，c為光速。在4個H轉變成1個He的過程中，釋放的能量約為 (　　)
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
考點三　核能的利用
7.核反應堆不銹鋼外殼內(nèi)除核燃料棒和控制棒以外還通入水，這些水除了起冷卻作用外還起了 (　　)
A.使中子減速的作用
B.使中子加速的作用
C.吸收放射性物質的作用
D.吸收反應發(fā)出的射線的作用
8.統(tǒng)計顯示，一座百萬千瓦電功率的核電廠和燃煤電廠相比，每年可以減少二氧化碳排放600多萬噸，可見核能是減排效應較大的能源之一。下列對于鈾235相關的核反應的描述中，說法正確的是 (　　)
A.鈾塊的體積越小，越容易發(fā)生鏈式反應
B.發(fā)生鏈式反應的核反應方程為UBaKr+n
C.在核反應堆中，中子的速度越快，鈾核越容易發(fā)生核裂變
D.核反應堆中，在鈾棒之間插入一些鎘棒，主要是為了調節(jié)中子數(shù)量，控制反應速度
9、10題每題5分，11題8分，共18分
9.(2024·廣東開學考試)太陽內(nèi)部所發(fā)生的核聚變反應稱為p-p循環(huán)，其核反應方程為HH+X；HHHe；He+YHe+H。下列說法正確的是 (　　)
A.粒子X是中子
B.粒子Y是中子
C.反應①中，X是原子核中的中子轉變?yōu)橘|子時釋放的產(chǎn)物
DHe的比結合能大于H的比結合能
10.(多選)(2023·湛江市高二期末)鈾核裂變的一種方程為U+XSrXe+n，已知原子核的比結合能與質量數(shù)的關系如圖所示，下列說法中正確的有 (　　)
A.X粒子是中子
B.X粒子是質子
CU相比的比結合能最大，最穩(wěn)定
DU相比的質量數(shù)最多，結合能最大，最穩(wěn)定
11.(8分)鈾核裂變的許多核反應中的其中一個是Un―→Kr+n。
(1)(3分)試計算一個鈾235原子核裂變后釋放的能量U、Kr的質量分別為235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u，1 u相當于931.5 MeV能量)；
(2)(5分)1 kg鈾235原子核發(fā)生上述裂變時能放出多少核能？這相當于完全燃燒多少噸(t)煤釋放的能量(NA=6.02×1023 mol-1，1 MeV=1.6×10-19 J，煤的熱值為2.94×107 J/kg)？
12.(10分)2023年4月12日，中科院合肥物質科學研究院有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)創(chuàng)造新的世界紀錄，成功實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行。科研人員稱該成果表明未來聚變實驗堆高約束穩(wěn)態(tài)運行具備可行性，對于探索未來聚變堆前沿物理等問題具有重要意義。一種典型的氫核聚變反應是兩個氘核H)聚變成氦核He)，同時釋放中子，已知氘核質量為2.013 6 u，氦核質量為3.015 0 u，中子質量為1.008 7 u，1 u相當于931.5 MeV的能量。
(1)(2分)寫出上述核反應方程式；
(2)(2分)求核反應中釋放的核能(結果保留2位小數(shù))；
(3)(6分)原子核具有足夠的動能去克服庫侖斥力，碰撞時十分接近，才可以發(fā)生核聚變。若兩個氘核以相等的動能進行對心碰撞，已知一個氘核動能大小為0.37 MeV，并且核反應釋放的核能全部轉化為動能，求反應中產(chǎn)生的中子和氦核的動能。
答案精析
1.D　［根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時因鈾核俘獲中子發(fā)生核反應，是核能轉化為其他形式能的過程，其釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量，鏈式反應是有條件的，即鈾塊的體積必須大于或等于其臨界體積，在裂變反應中核子數(shù)是不會減少的，故選D。］
2.B
3.C　［鈾235的裂變需要中子轟擊才能發(fā)生，故A錯誤；根據(jù)反應過程滿足質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知A=235+1-89-3=144，Z=92-36=56，故B錯誤；核裂變會釋放能量，則反應后的產(chǎn)物Kr的比結合能大于U的比結合能，故C正確；半衰期不隨溫度變化而變化，故D錯誤。］
4.C　［根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得核反應方程為HHHen，可知X是中子，故A錯誤；該核反應為熱核反應，屬于核聚變，故B錯誤，C正確；現(xiàn)在核電站中的主要核反應是核裂變，故D錯誤。］
5.D　［該反應為核聚變反應，聚變反應過程需要吸收能量才能使輕核間的距離接近到發(fā)生聚變的距離，因此需要高溫，但反應過程中會釋放更大的能量，故選項A、B錯誤；由質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得HHHen，即X為中子，故選項C錯誤；輕核聚變與重核裂變相比，聚變產(chǎn)物為He，無放射性，更為安全、清潔，廢物數(shù)量少，故選項D正確。］
6.C　［核反應質量虧損Δm=4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u，釋放的能量ΔE=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，選項C正確。］
7.A
8.D　［要使鏈式反應發(fā)生，鈾塊必須達到臨界體積，故A錯誤；只有中子轟擊鈾核，才能發(fā)生裂變反應，其核反應方程為UnBaKr+n，故B錯誤；在核反應堆中，中子的速度越快，會與鈾235“擦肩而過”，鈾核越不容易發(fā)生核裂變，故C錯誤；核反應堆中，在鈾棒之間插入一些鎘棒，可以吸收中子，主要是為了調節(jié)中子數(shù)量，控制反應速度，故D正確。］
9.D　［根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒，可知X為正電子e，Y為He，故A、B錯誤；根據(jù)Hne可知，在核反應①中的正電子是原子核中質子轉變?yōu)橹凶訒r釋放的產(chǎn)物，故C錯誤；反應②中，因為生成物He比H更穩(wěn)定，所以He的比結合能大于H的比結合能，故D正確。］
10.AC　［根據(jù)核反應過程滿足質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知X粒子的質量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，故X粒子是中子，A正確，B錯誤；
根據(jù)題圖可知U相比的比結合能最大，最穩(wěn)定的質量數(shù)最多，結合能最大，比結合能最小，最不穩(wěn)定，C正確，D錯誤。］
11.(1)200.6 MeV　(2)5.14×1026 MeV　2 797.3 t
解析　(1)裂變反應的質量虧損為
Δm=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7) u=0.215 3 u
一個鈾235原子核裂變后釋放的能量為
ΔE=0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV。
(2)1 kg鈾235原子核中含原子核的個數(shù)為
N=×6.02×1023 個≈2.56×1024 個，
1 kg鈾235原子核發(fā)生裂變時釋放的總能量
ΔEN=N·ΔE=2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV
設完全燃燒的煤的質量為m，有ΔEN=qm，
所以m== kg≈2 797.3 t。
12. (1HH―→n　(2)3.26 MeV　(3)3 MeV　1 MeV
解析　(1)由題意可寫出氫核聚變反應方程式為HH―→n。
(2)核反應中質量虧損為Δm=2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u
釋放的核能為
E=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。
(3)兩個氘核以相等的動能進行對心碰撞，故系統(tǒng)初動量為零，據(jù)動量守恒定律有0=p氦+p中
即產(chǎn)生的中子和氦核的動量大小相等，方向相反，由于Ek=mv2=
故中子和氦核的動能之比
Ek中∶Ek氦=m氦∶m中=3∶1，
中子和氦核的總動能
Ek總=2×0.37 MeV+3.26 MeV=4 MeV
可解得Ek中=3 MeV，Ek氦=1 MeV。第五節(jié)　裂變和聚變
［學習目標］　1.知道什么是核裂變、核聚變和鏈式反應，知道鏈式反應和核聚變的條件(重點)。2.會書寫裂變和聚變方程，會利用質量虧損計算裂變和聚變產(chǎn)生的核能(重難點)。3.了解核反應堆的工作原理，知道如何控制核反應的速度。
一、核裂變與鏈式反應
1964年10月16日，中國第一顆原子彈在羅布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相當于1.8萬噸TNT炸藥。爆炸時安放原子彈的鋼塔全部熔化，在半徑400 m的范圍內(nèi)，沙石都被燒成黃綠色的玻璃狀物質，半徑1 600 m范圍內(nèi)所有動植物全部死亡。巨大的核能是從哪里來的？
1.核裂變：一個重核分裂成兩個　　　　的核時，會　　　　出能量，這種核反應叫作核裂變。
2.鏈式反應：一個原子核的裂變引發(fā)其他原子核發(fā)生裂變，讓核裂變過程　　　　　　　下去，源源不斷地將核能釋放出來，這樣的核反應叫作鏈式反應。
3.鈾核裂變典型反應nKrBa+　　　　。
4.臨界體積：能夠發(fā)生鏈式反應的鈾塊　　　體積叫作它的臨界體積。
如圖所示為核裂變示意圖。
(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)生鏈式反應嗎？
例1　2020年11月27日0時41分，“華龍一號”福清核電站5號機組首次并網(wǎng)成功，標志著我國正式進入核電技術先進國家行列。“華龍一號”利用的是鈾核裂變釋放的核能，其裂變方程為Un→XSr+n，則下列敘述正確的是 (　　)
A.裂變后粒子的總核子數(shù)減少
B.X原子核中含有85個中子
C.裂變反應前后質量沒有變化
D.裂變后新核的平均結合能比鈾核的小
1.重核裂變是中子轟擊質量較大的原子核，使之分裂成中等質量的原子核，同時釋放大量的能量，放出更多中子的過程。
2.重核的裂變是放能核反應，原因是核反應前后有質量虧損，根本原因是重核的平均結合能比中等質量的核的平均結合能小。所以在重核裂變?yōu)閮蓚€中等質量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量。
例2　若U俘獲一個中子裂變成Sr及Xe兩種新核，且三種原子核的質量分別為235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子質量為1.008 7 u。(1 u相當于931.5 MeV的能量)
(1)寫出鈾核裂變的核反應方程；
(2)求一個U俘獲一個中子發(fā)生上述裂變所釋放的能量。(結果保留2位有效數(shù)字)










二、核聚變及受控熱核反應
1.核聚變：兩個輕核聚合成一個　　　　的核時，也會釋放出能量，這種核反應叫作核聚變。
2.核反應方程HHen。
3.條件：使原子核的距離接近到　　　　 m。
方法：加熱到很高的　　　　，因此核聚變又叫作熱核反應。
4.宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內(nèi)部的氫核　　　　成氦核釋放的核能。
5.人工熱核反應的應用——氫彈
原理：首先由化學炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。
例3　(2023·中山市高二期末)“中國超環(huán)”利用了輕核聚變，其核反應方程為HHHe+X。下列說法正確的是 (　　)
A.X是電子
B.聚變過程中吸收能量
CHe的比結合能大于H的比結合能
D.聚變過程中質量數(shù)不守恒
三、核能利用
1.目前，人類主要是開發(fā)利用　　　　　　，為了人工控制鏈式反應的速度，使核能平緩地釋放出來，人們制成了核反應堆。
2.核反應堆的組成
(1)燃料：　　　　(天然鈾或濃縮鈾)。
(2)慢化劑：　　　　、　　　　，使裂變產(chǎn)生的快中子減速。
(3)控制棒：為了調節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度。
3.工作原理
核燃料發(fā)生　　　　　　　　釋放的核能轉變?yōu)闊崮埽狗磻褱囟壬撸⒁簯B(tài)鈉等流體在反應堆內(nèi)外　　　　　　　　，把反應堆內(nèi)的　　　　傳輸出去，用于　　　　，同時也使反應堆冷卻。
4.核污染的處理
在核反應堆的外面需要修建很厚的　　　　　　　　，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。核廢料具有很強的　　　　　　　，需要裝入特制的容器中，埋入　　　　　　來處理。
5.核電站發(fā)電的優(yōu)點
(1)消耗的核燃料少。
(2)作為核燃料的鈾、釷等地球上可采儲量大，所能提供的能量大。
(3)對環(huán)境的污染比火力發(fā)電小。
例4　如圖為普通核反應堆的結構示意圖，通過鈾235鏈式反應實現(xiàn)核能的可控釋放。下列關于核反應堆工作中的說法正確的是 (　　)
A.正常運行的反應堆，水泥防護層外能檢測到大量α粒子
B.中子速度越快越容易發(fā)生鏈式反應
C.通過改變鎘棒的插入深度來控制反應速度
D.鈾核裂變時釋放能量的多少與生成物種類無關
答案精析
一、
鈾核的裂變。
梳理與總結
1.較輕　釋放
2.自己持續(xù)
3.n
4.最小
討論與交流
（1）重核裂變不能自發(fā)地進行，只能發(fā)生在人工控制的核反應中，所以重核裂變不是一種天然現(xiàn)象。
（2）不是。有中子轟擊鈾塊且鈾塊的體積大于或等于臨界體積，才會發(fā)生鏈式反應。
例1　B　［核反應過程中，質量數(shù)守恒，所以裂變后粒子的總核子數(shù)不變，A錯誤；設X原子核中有x個質子，質量數(shù)為y，則92=x+38，235+1=y+95+1×2，解得x=54，y=139，所以X原子核中含有中子數(shù)為y-x=85，B正確；裂變釋放核能，所以有質量虧損，C錯誤；裂變釋放核能是因為新核的平均結合能比鈾核的大，新核較穩(wěn)定，D錯誤。］
例2　(1UnSrXe+1n
(2)1.4×102 MeV
解析　(1)根據(jù)核反應的質量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒有UnSrXe+1n。
(2)該核反應的質量虧損為
Δm=(235.043 9+1.008 7) u-(89.907 7+135.907 2+10×1.008 7) u=0.150 7 u；
釋放的能量為ΔE=Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV。
二、
1.較重　3.10-15　溫度
4.聚變
例3　C　［核反應方程中質量數(shù)與電荷數(shù)守恒，故X質量數(shù)為2+3-4=1，電荷數(shù)為1+1-2=0，故X不是電子，故A、D錯誤；核聚變反應過程放出能量，故B錯誤；比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，故He的比結合能大于H的比結合能，故C正確。］
三、
1.核裂變
2.（1）鈾棒　（2）石墨　重水
3.核裂變　循環(huán)流動　熱量　發(fā)電
4.水泥防護層　放射性　深地層
例4　C　［正常運行的核反應堆主要的輻射有γ輻射和中子輻射，所以水泥防護層外不可能檢測到大量α粒子，故A錯誤；中子速度越快越不容易使鏈式反應發(fā)生，故B錯誤；利用鎘棒對中子吸收能力強的特點，通過改變鎘棒的插入深度，從而改變中子的數(shù)量來控制反應速度，故C正確；核裂變釋放的能量與反應前后質量虧損有關，鈾核裂變時會因產(chǎn)物種類不同導致質量虧損不同，釋放能量不同，故D錯誤。］(共49張PPT)
DIWUZHANG
第五章
第五節(jié)　裂變和聚變
1.知道什么是核裂變、核聚變和鏈式反應，知道鏈式反應和核聚變的條件(重點)。
2.會書寫裂變和聚變方程，會利用質量虧損計算裂變和聚變產(chǎn)生的核能(重難點)。
3.了解核反應堆的工作原理，知道如何控制核反應的速度。
學習目標
一、核裂變與鏈式反應
二、核聚變及受控熱核反應
課時對點練
三、核能利用
內(nèi)容索引
核裂變與鏈式反應
一
1964年10月16日，中國第一顆原子彈在羅布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相當于1.8萬噸TNT炸藥。爆炸時安放原子彈的鋼塔全部熔化，在半徑400 m的范圍內(nèi)，沙石都被燒成黃綠色的玻璃狀物質，半徑1 600 m范圍內(nèi)所有動植物全部死亡。巨大的核能是從哪里來的？
答案　鈾核的裂變。
1.核裂變：一個重核分裂成兩個 的核時，會 出能量，這種核反應叫作核裂變。
2.鏈式反應：一個原子核的裂變引發(fā)其他原子核發(fā)生裂變，讓核裂變過程 下去，源源不斷地將核能釋放出來，這樣的核反應叫作鏈式反應。
3.鈾核裂變典型反應_____。
4.臨界體積：能夠發(fā)生鏈式反應的鈾塊 體積叫作它的臨界體積。
梳理與總結
較輕
釋放
自己持續(xù)
最小
n
如圖所示為核裂變示意圖。
討論與交流
(1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎？
答案　重核裂變不能自發(fā)地進行，只能發(fā)生在人工控制的核反應中，所以重核裂變不是一種天然現(xiàn)象。
(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈式反應嗎？
答案　不是。有中子轟擊鈾塊且鈾塊的體積大于或等于臨界體積，才會發(fā)生鏈式反應。
　2020年11月27日0時41分，“華龍一號”福清核電站5號機組首次并網(wǎng)成功，標志著我國正式進入核電技術先進國家行列。“華龍一號”利用的是鈾核裂變釋放的核能，其裂變方程為n，則下列敘述正確的是
A.裂變后粒子的總核子數(shù)減少
B.X原子核中含有85個中子
C.裂變反應前后質量沒有變化
D.裂變后新核的平均結合能比鈾核的小
例1
√
核反應過程中，質量數(shù)守恒，所以裂變后粒子的總核子數(shù)不變，A錯誤；
設X原子核中有x個質子，質量數(shù)為y，則92=x+38，235+1=y+95+1×2，解得x=54，y=139，所以X原子核中含有中子數(shù)為y-x=85，B正確；
裂變釋放核能，所以有質量虧損，C錯誤；
裂變釋放核能是因為新核的平均結合能比鈾核的大，新核較穩(wěn)定，D錯誤。
總結提升
1.重核裂變是中子轟擊質量較大的原子核，使之分裂成中等質量的原子核，同時釋放大量的能量，放出更多中子的過程。
2.重核的裂變是放能核反應，原因是核反應前后有質量虧損，根本原因是重核的平均結合能比中等質量的核的平均結合能小。所以在重核裂變?yōu)閮蓚€中等質量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量。
　若Xe兩種新核，且三種原子核的質量分別為235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子質量為1.008 7 u。(1 u相當于931.5 MeV的能量)
(1)寫出鈾核裂變的核反應方程；
例2
答案　n
根據(jù)核反應的質量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒有n。
(2)求一個U俘獲一個中子發(fā)生上述裂變所釋放的能量。(結果保留2位有效數(shù)字)
答案　1.4×102 MeV
該核反應的質量虧損為
Δm=(235.043 9+1.008 7) u-(89.907 7+135.907 2+10×1.008 7) u=0.150 7 u；
釋放的能量為ΔE=Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV。
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核聚變及受控熱核反應
二
1.核聚變：兩個輕核聚合成一個 的核時，也會釋放出能量，這種核反應叫作核聚變。
2.核反應方程n。
3.條件：使原子核的距離接近到 m。
方法：加熱到很高的 ，因此核聚變又叫作熱核反應。
4.宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內(nèi)部的氫核 成氦核釋放的核能。
5.人工熱核反應的應用——氫彈
原理：首先由化學炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。
較重
10-15
溫度
聚變
　(2023·中山市高二期末)“中國超環(huán)”利用了輕核聚變，其核反應方程為He+X。下列說法正確的是
A.X是電子
B.聚變過程中吸收能量
CH的比結合能
D.聚變過程中質量數(shù)不守恒
例3
√
核反應方程中質量數(shù)與電荷數(shù)守恒，故X質量數(shù)為2+3-4=1，電荷數(shù)為1+1-2=0，故X不是電子，故A、D錯誤；
核聚變反應過程放出能量，故B錯誤；
比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，故He的比結合能大于H的比結合能，故C正確。
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核能利用
三
1.目前，人類主要是開發(fā)利用 ，為了人工控制鏈式反應的速度，使核能平緩地釋放出來，人們制成了核反應堆。
2.核反應堆的組成
(1)燃料： (天然鈾或濃縮鈾)。
(2)慢化劑： 、 ，使裂變產(chǎn)生的快中子減速。
(3)控制棒：為了調節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度。
3.工作原理
核燃料發(fā)生 釋放的核能轉變?yōu)闊崮埽狗磻褱囟壬撸⒁簯B(tài)鈉等流體在反應堆內(nèi)外 ，把反應堆內(nèi)的 傳輸出去，用于 ，同時也使反應堆冷卻。
核裂變
鈾棒
石墨
重水
核裂變
循環(huán)流動
熱量
發(fā)電
4.核污染的處理
在核反應堆的外面需要修建很厚的 ，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。核廢料具有很強的 ，需要裝入特制的容器中，埋入 來處理。
5.核電站發(fā)電的優(yōu)點
(1)消耗的核燃料少。
(2)作為核燃料的鈾、釷等地球上可采儲量大，所能提供的能量大。
(3)對環(huán)境的污染比火力發(fā)電小。
水泥防護層
放射性
深地層
　如圖為普通核反應堆的結構示意圖，通過鈾235鏈式反應實現(xiàn)核能的可控釋放。下列關于核反應堆工作中的說法正確的是
A.正常運行的反應堆，水泥防護層外能檢測到
大量α粒子
B.中子速度越快越容易發(fā)生鏈式反應
C.通過改變鎘棒的插入深度來控制反應速度
D.鈾核裂變時釋放能量的多少與生成物種類無關
例4
√
正常運行的核反應堆主要的輻射有γ輻射和中子輻射，所以水泥防護層外不可能檢測到大量α粒子，故A錯誤；
中子速度越快越不容易使鏈式反應發(fā)生，故B錯誤；
利用鎘棒對中子吸收能力強的特點，通過改變鎘棒的插入深度，從而改變中子的數(shù)量來控制反應速度，故C正確；
核裂變釋放的能量與反應前后質量虧損有關，鈾核裂變時會因產(chǎn)物種類不同導致質量虧損不同，釋放能量不同，故D錯誤。
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課時對點練
四
考點一　核裂變與鏈式反應
1.關于重核的裂變，以下說法正確的是
A.核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量
B.中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應
C.重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質量虧損，所以核子數(shù)要減少
D.由于重核的核子平均質量大于中等質量核的核子平均質量，所以重核
裂變?yōu)橹械荣|量的核時，要發(fā)生質量虧損，放出核能
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基礎對點練
√
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根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時因鈾核俘獲中子發(fā)生核反應，是核能轉化為其他形式能的過程，其釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量，鏈式反應是有條件的，即鈾塊的體積必須大于或等于其臨界體積，在裂變反應中核子數(shù)是不會減少的，故選D。
2.原子彈是利用重核裂變的鏈式反應制成的，在極短的時間內(nèi)能夠釋放大量的核能，發(fā)生猛烈爆炸。下列核反應方程式中屬于原子彈爆炸的核反應方程式的是
AHe
B.n
CHe
Dn
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√
3.(2024·佛山市模擬)在2023年10月28日舉行的首屆國際天然鈾產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇中，我國宣布，通過“天空地深”一體化勘查技術發(fā)現(xiàn)了一批萬噸至十萬噸級鈾礦床。天然鈾中主要有鈾238和鈾235，其中，鈾235的裂變方程為n，下列說法正確的是
A.鈾235裂變可以自發(fā)進行
B.反應方程中A=144，Z=53
C.U的比結合能
D.離地表越深，溫度越高，鈾235的半衰期也越大
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鈾235的裂變需要中子轟擊才能發(fā)生，故A錯誤；
根據(jù)反應過程滿足質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知A=235+1-89-3=144，Z=92-36=56，故B錯誤；
核裂變會釋放能量，則反應后的產(chǎn)物Kr的比結合能大于U的比結合能，故C正確；
半衰期不隨溫度變化而變化，故D錯誤。
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考點二　核聚變
4.(2024·東莞市模擬)太陽內(nèi)部有多種熱核反應，其中一個反應方程是+X，下列說法正確的是
A.X是質子
B.該核反應屬于α衰變
C.該核反應屬于核聚變
D.該反應是現(xiàn)在核電站中的主要核反應
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√
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根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得核反應方程為n，可知X是中子，故A錯誤；
該核反應為熱核反應，屬于核聚變，故B錯誤，C正確；
現(xiàn)在核電站中的主要核反應是核裂變，故D錯誤。
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5.(2023·湛江市模擬)我國新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”，首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行。“人造太陽”物理本質就是核聚變，由于其發(fā)生核聚變的原理和太陽發(fā)光發(fā)熱的原理很相似，核反應方程為He+X。下列說法正確的是
A.該核反應不需要極高的溫度也能發(fā)生
B.該核反應是核聚變反應，聚變反應過程吸收能量
C.核反應方程式中的X是電子
D.輕核聚變與重核裂變相比，聚變更為安全、清潔
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該反應為核聚變反應，聚變反應過程需要吸收
能量才能使輕核間的距離接近到發(fā)生聚變的距
離，因此需要高溫，但反應過程中會釋放更大
的能量，故選項A、B錯誤；
由質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得n，即X為中子，故選項C錯誤；
輕核聚變與重核裂變相比，聚變產(chǎn)物為He，無放射性，更為安全、清潔，廢物數(shù)量少，故選項D正確。
6.(2019·全國卷Ⅱ)太陽內(nèi)部核反應的主要模式之一是質子-質子循環(huán)，循環(huán)的結果可表示為
He的過程中，釋放的能量約為
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
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√
核反應質量虧損Δm=4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u，釋放的能量ΔE=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，選項C正確。
考點三　核能的利用
7.核反應堆不銹鋼外殼內(nèi)除核燃料棒和控制棒以外還通入水，這些水除了起冷卻作用外還起了
A.使中子減速的作用
B.使中子加速的作用
C.吸收放射性物質的作用
D.吸收反應發(fā)出的射線的作用
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√
8.統(tǒng)計顯示，一座百萬千瓦電功率的核電廠和燃煤電廠相比，每年可以減少二氧化碳排放600多萬噸，可見核能是減排效應較大的能源之一。下列對于鈾235相關的核反應的描述中，說法正確的是
A.鈾塊的體積越小，越容易發(fā)生鏈式反應
B.發(fā)生鏈式反應的核反應方程為n
C.在核反應堆中，中子的速度越快，鈾核越容易發(fā)生核裂變
D.核反應堆中，在鈾棒之間插入一些鎘棒，主要是為了調節(jié)中子數(shù)量，
控制反應速度
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要使鏈式反應發(fā)生，鈾塊必須達到臨界體積，故A錯誤；
只有中子轟擊鈾核，才能發(fā)生裂變反應，其核反應方程為
n，故B錯誤；
在核反應堆中，中子的速度越快，會與鈾235“擦肩而過”，鈾核越不容易發(fā)生核裂變，故C錯誤；
核反應堆中，在鈾棒之間插入一些鎘棒，可以吸收中子，主要是為了調節(jié)中子數(shù)量，控制反應速度，故D正確。
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9.(2024·廣東開學考試)太陽內(nèi)部所發(fā)生的核聚變反應稱為p-p循環(huán)，其核反應方程為
H。下列說法正確的是
A.粒子X是中子
B.粒子Y是中子
C.反應①中，X是原子核中的中子轉變?yōu)橘|子時釋放的產(chǎn)物
DH的比結合能
√
能力綜合練
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根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒，可知X為正電子e，Y為He，故A、B錯誤；
根據(jù)e可知，在核反應①中的正電子是原子核中質子轉變?yōu)橹凶訒r釋放的產(chǎn)物，故C錯誤；
反應②中，因為生成物He比H更穩(wěn)定，所以He的比結合能大于H的比結合能，故D正確。
10.(多選)(2023·湛江市高二期末)鈾核裂變的一種方程為n，已知原子核的比結合能與質量數(shù)的關系如圖所示，下列說法中正確的有
A.X粒子是中子
B.X粒子是質子
C.相比的比
結合能最大，最穩(wěn)定
D.相比的質
量數(shù)最多，結合能最大，最穩(wěn)定
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根據(jù)核反應過程滿足質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知X粒子的質量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，故X粒子是中子，A正確，B錯誤；
根據(jù)題圖可知U
相比Sr的比結合能最大，最穩(wěn)定的質量數(shù)最多，結合能最大，比結合能最小，最不穩(wěn)定，C正確，D錯誤。
11.鈾核裂變的許多核反應中的其中一個是n―→n。
(1)試計算一個鈾235原子核裂變后釋放的能量U的質量分別為235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u，1 u相當于931.5 MeV能量)；
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答案　200.6 MeV　
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裂變反應的質量虧損為
Δm=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7) u=0.215 3 u
一個鈾235原子核裂變后釋放的能量為
ΔE=0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV。
(2)1 kg鈾235原子核發(fā)生上述裂變時能放出多少核能？這相當于完全燃燒多少噸(t)煤釋放的能量(NA=6.02×1023 mol-1，1 MeV=1.6×10-19 J，煤的熱值為2.94×107 J/kg)？
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答案　5.14×1026 MeV　2 797.3 t
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1 kg鈾235原子核中含原子核的個數(shù)為
N=×6.02×1023 個≈2.56×1024 個，
1 kg鈾235原子核發(fā)生裂變時釋放的總能量
ΔEN=N·ΔE=2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV
設完全燃燒的煤的質量為m，有ΔEN=qm，
所以m= kg≈2 797.3 t。
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12.2023年4月12日，中科院合肥物質科學研究院有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)創(chuàng)造新的世界紀錄，成功實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行。科研人員稱該成果表明未來聚變實驗堆高約束穩(wěn)態(tài)運行具備可行性，對于探索未來聚變堆前沿物理等問題具有重要意義。一種典型的氫核聚變反應是兩個氘核H)聚變成氦核He)，同時釋放中子，已知氘核質量為2.013 6 u，氦核質量為3.015 0 u，中子質量為1.008 7 u，1 u相當于931.5 MeV的能量。
尖子生選練
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(1)寫出上述核反應方程式；
答案　H―→n　
由題意可寫出氫核聚變反應方程式為H―→n。
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(2)求核反應中釋放的核能(結果保留2位小數(shù))；
答案　3.26 MeV　
核反應中質量虧損為
Δm=2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u
釋放的核能為
E=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。
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(3)原子核具有足夠的動能去克服庫侖斥力，碰撞時十分接近，才可以發(fā)生核聚變。若兩個氘核以相等的動能進行對心碰撞，已知一個氘核動能大小為0.37 MeV，并且核反應釋放的核能全部轉化為動能，求反應中產(chǎn)生的中子和氦核的動能。
答案　3 MeV　1 MeV
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兩個氘核以相等的動能進行對心碰撞，故系統(tǒng)初動量為零，據(jù)動量守恒定律有0=p氦+p中
即產(chǎn)生的中子和氦核的動量大小相等，方向相反，由于Ek=
故中子和氦核的動能之比
Ek中∶Ek氦=m氦∶m中=3∶1，
中子和氦核的總動能
Ek總=2×0.37 MeV+3.26 MeV=4 MeV
可解得Ek中=3 MeV，Ek氦=1 MeV。
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