資源簡(jiǎn)介

12407900115316003.7 核能
人類所利用的能源絕大多數(shù)是由核能轉(zhuǎn)化而來的，因?yàn)閺奶柹湎虻厍虻碾姶拍芫褪怯商杻?nèi)部進(jìn)行著的核聚變反應(yīng)而產(chǎn)生的。那么，核能是怎樣產(chǎn)生的？人類是如何有效地控制和利用核能的？
一、裂變和聚變
1、核能：原子核在轉(zhuǎn)變過程中所釋放出的能量，稱為核能。
（1）核能是從原子核內(nèi)部釋放出來的，它比物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中所釋放出的化學(xué)能要大得多。
（2）原子核的裂變和原子核的聚變是獲得核能的兩條途徑。
2、核裂變：質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個(gè)新原子核，并釋放出巨大能量的現(xiàn)象。
（1）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：連鎖式的鈾核裂變反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。例如，用中子轟擊鈾-235原子核，可以使鈾核裂變?yōu)殡春撕弯^核，同時(shí)向外釋放能量，并產(chǎn)生2~3個(gè)新的中子。如果產(chǎn)生的中子繼續(xù)轟擊其他鈾核，引起鈾核裂變，就會(huì)導(dǎo)致越來越多的鈾核不斷地發(fā)生裂變，放出越來越多的能量（如圖3-88）。
（2）原子彈制造原理：原子核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加以控制，短時(shí)間內(nèi)形成雪崩式的裂變反應(yīng)，釋放出巨大能量而產(chǎn)生猛烈的核爆炸。
3、核聚變：2個(gè)質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的新原子核，同時(shí)釋放出能量的現(xiàn)象。如氘核（核內(nèi)有1個(gè)質(zhì)子、1個(gè)中子的氫核）和氚核（核內(nèi)有1個(gè)質(zhì)子、2個(gè)中子的氫核）在超高溫下聚合成氦核，并向 外放出能量，如圖3-89所示。
（1）在消耗質(zhì)量相同的核材料時(shí)，核聚變比核裂變釋放出更多的核能。
（2）核聚變需要極高的溫度，所以也叫做熱核反應(yīng)。熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，依靠自身產(chǎn)生的熱就會(huì)使核反應(yīng)繼續(xù)下去。如3-90所示氫彈爆炸。
二、核能的和平利用---核電站
1、核反應(yīng)堆：可控制地進(jìn)行核反應(yīng)的裝置。
2、核電站（如圖3-91）就是利用核反應(yīng)堆提供的能量，使水變成蒸汽，再利用高溫高壓的蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的。
3、核電站的安全性
（1）核安全問題主要在兩個(gè)方面：一是核反應(yīng)萬一失控，會(huì)損壞設(shè)備，引起放射性物質(zhì)泄漏；二是放射性 廢料處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。如切爾諾貝利核電站發(fā)生的核電事故、日本福島核電站在的核泄漏事故等。
（2）防止核電站事故的發(fā)生措施：
①核電站的反應(yīng)堆都有一系列的防護(hù)措施，設(shè)置了多道安全屏障；
②核電站放射性廢料的處理，先在核電站內(nèi)專用的廢物庫暫存（我國(guó)規(guī)定暫存時(shí)間為5年），然后送到人煙稀少、地質(zhì)穩(wěn)定、地下水位低又遠(yuǎn)離天然水源的處置場(chǎng)永久存放，一般存放幾百年。
三、太陽能
1、太陽的巨大能量就是內(nèi)部核聚變產(chǎn)生的。在太陽的內(nèi)部，氫原子核在超高溫下發(fā)生核聚變，釋放出巨大的核能。
2、太陽釋放的能量再從太陽核心向外擴(kuò)散到太陽表面，然后，大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射出去，其中有一部分到達(dá)地球表面 , 如圖 3-92 所示。
四、放射性
1、早在100多年前，科學(xué)家貝可勒爾、居里夫婦等發(fā)現(xiàn)鈾、釷、鐳等元素 能夠自發(fā)地放出穿透能力很強(qiáng)的射線。居里夫人把元素具有的這種輻射能力叫做放射性。
2、放射性元素放出的射線中包括α、β和γ三種射線。
（1）α射線是帶正電的高速運(yùn)動(dòng)的氦原子核流，α射線穿透能力最弱，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米。
（2）β射線是帶負(fù)電的高速運(yùn)動(dòng)的電子流，β射線穿透能力較強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鋁板。
（3）γ射線是能量很高的電磁波，γ射線穿透能力最強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。
3、放射性現(xiàn)象在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用
（1）工業(yè)上：利用放射線來測(cè)量物體厚度。
（2）農(nóng)業(yè)上：利用放射線照射種子，使種子發(fā)生變異，培育新的優(yōu)良品種；利用放射線還可以殺菌。
（3）醫(yī)療上：利用γ射線治療癌癥，因?yàn)槿梭w組織對(duì)射線的耐受能力是不同的，細(xì)胞分裂越快的組織，它對(duì)射線的耐受能力就越弱。
4、過量的輻射對(duì)人體和動(dòng)物的組織都有破壞的作用。因此，在使用放射性物質(zhì)時(shí)，必須注意安全，也要防止放射性物質(zhì)對(duì)空氣、水、生活用品等的污染。
【例1】鈾裂變?cè)诤穗姀S最常見，熱中子轟擊鈾原子會(huì)放出2到4個(gè)中子，中子再去撞擊其它鈾原子，從而形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而自發(fā)裂變。一個(gè)原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的核裂變，其裂變方程為+→++2，下列說法正確的是（　B　）
A．人們之所以選擇中子轟擊鈾原子是因?yàn)橹凶淤|(zhì)量最大
B．這些粒子由大到小的排列順序?yàn)椋衡櫾印⑩櫾雍?、Ba原子、Sr原子、中子、電子
C．核能是一種可再生能源
D．最先提出原子的核式結(jié)構(gòu)的物理學(xué)家是湯姆遜
1、獲取核能有兩條途徑﹣﹣重核的裂變和輕核的聚變，核電站是利用核的　 ?。ㄟx填“裂變”或“聚變”）來獲得核能的，是　 ?。ㄟx填“甲”或“乙”）圖所示途徑；太陽的本質(zhì)便是個(gè)巨大的核　 　（選填“裂變”或“聚變”）工廠，提供了對(duì)地球至關(guān)重要的光和熱。
【答案】裂變；甲；聚變。
【例2】下列關(guān)于核能開發(fā)的說法中，你認(rèn)為正確的是（　C?。?
A．開發(fā)核能會(huì)帶來可怕的核泄漏，產(chǎn)生放射性污染，所以人類應(yīng)停止開發(fā)核能
B．核能是一種穩(wěn)定、高效、清潔的可再生能源，是其它新能源不可能替代的
C．福島第一核電站開發(fā)核能是利用可控核裂變過程中釋放的核能
D．核反應(yīng)堆是一種能夠控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裝置，地震等自然災(zāi)害不會(huì)對(duì)它造成影響
1、為緩解電力緊張的狀況，我國(guó)陸續(xù)建造了一些核電站。關(guān)于核電站，下列說法正確的是（　C?。?
A．核反應(yīng)堆中發(fā)生的是核聚變
B．核電站使用的核燃料是石油或天然氣
C．放射性元素放出的射線有α射線、β射線和γ射線
D．核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是：核能﹣機(jī)械能﹣內(nèi)能﹣電能

1、通過核聚變獲得核能量的是（　A　）
A．氫彈 B．原子彈 C．核電站 D．核潛艇
2、如圖是核電站發(fā)電和供電的流程圖。關(guān)于流程圖中各裝置的能量轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是（　C?。?
A．核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為電能
B．蒸汽輪機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
C．發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
D．各種用電器將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能
3、能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移是自然界的普遍現(xiàn)象，如圖所示為核電站示意圖、家庭電路部分示意圖及電熱水壺圖，
下列相關(guān)敘述正確的是（　D?。?
A．核反應(yīng)堆進(jìn)行的核裂變釋放核能，直接轉(zhuǎn)化為家庭電路所需的電能
B．發(fā)電機(jī)利用了電流磁效應(yīng)發(fā)電，電熱水壺利用了電流熱效應(yīng)燒水
C．汽輪機(jī)工作、壺內(nèi)水升溫兩過程中，改變水的內(nèi)能方式相同
D．手機(jī)充電和電熱壺?zé)畷r(shí)，兩者本質(zhì)都是電流做功
4、下列關(guān)于核能以及核電站的說法錯(cuò)誤的是（　D　）
A．核電站是利用核能來發(fā)電的
B．核反應(yīng)堆中發(fā)生的是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
C．核廢料會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染
D．能量轉(zhuǎn)換：核能→機(jī)械能→熱能→電能
5、2018年3月2日，電影《厲害了，我的國(guó)》在全國(guó)各大影院火爆上映。特別是作為大國(guó)工程“一帶一路”國(guó)家名片的“華龍一號(hào)”核電機(jī)組（如圖），代表創(chuàng)新成果的人造太陽，在影片中亮相，再次彰顯了大國(guó)實(shí)力。下列關(guān)于“華龍一號(hào)”核電中核能說法正確的是（　C?。?
A．核能直接轉(zhuǎn)化為電能
B．該原理與太陽釋放能量的原理相同
C．利用核裂變?cè)?
D．核能是原子內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)釋放出來的能量
6、電影《流浪地球》開啟了中國(guó)科幻電影元年，影片中涉及到許多我們學(xué)過的科學(xué)知識(shí)，以下觀點(diǎn)正確的
是（　B?。?
A．在太陽內(nèi)部，發(fā)生核裂變產(chǎn)生光和熱
B．地球發(fā)動(dòng)機(jī)噴射的燃?xì)馔苿?dòng)地球前進(jìn)，說明物體間力的作用是相互的
C．關(guān)閉地球發(fā)動(dòng)機(jī)后地球仍能向前運(yùn)動(dòng)，這是由于受到慣性的作用
D．開啟地球發(fā)動(dòng)機(jī)使地球加速前進(jìn)的過程中機(jī)械能守恒
7、中國(guó)是少數(shù)幾個(gè)能生產(chǎn)核潛艇的國(guó)家，中國(guó)的094型核潛艇排水量為9000t，搭載了16枚射程為11000km
的“巨浪﹣2’型戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈”，是中國(guó)二次核反擊的中堅(jiān)力量，是應(yīng)對(duì)核動(dòng)力航空母艦的最有力武器。對(duì)
此分析正確的是（g＝10N/kg）（　C?。?
A．核潛艇中的核反應(yīng)堆是利用核聚變來產(chǎn)生能量的
B．該型潛艇浸沒在水中后，受到的浮力為 9×104N
C．核潛艇的動(dòng)力主要是將核能最終轉(zhuǎn)化為的機(jī)械能
D．核潛艇浸沒在水中后，加速下潛的過程中重力小于浮力
8、2019年4月10日，人類發(fā)布了首張黑洞照片，為解開星系演化之謎提供寶貴資料。
①質(zhì)量巨大的天體，像太陽一樣，其內(nèi)部一直發(fā)生著核　 ?。ㄌ睢熬圩儭被颉傲炎儭保┓磻?yīng)，并釋放大量的能量。
②研究人員在計(jì)算機(jī)屏幕上將黑洞邊緣環(huán)狀（明亮）部分用紅色顯示，紅光　 ?。ㄌ睢皩儆凇被颉安粚儆凇保┕獾摹叭?。
【答案】①聚變；②屬于。
9、如圖甲是漢能便攜式薄膜太陽能發(fā)電書包，這樣的書包給人們帶來了全新的體驗(yàn)，太陽能來源于太陽內(nèi)
部發(fā)生的核　 ?。ㄌ睢熬圩儭被颉傲炎儭保?；如圖乙所示，該書包左側(cè)肩帶設(shè)計(jì)有大小吸盤，由于　 　的
作用，可以在此處放心安放手機(jī)。該書包帶有兩個(gè)USB接口，利用該書包給手機(jī)充電時(shí)，書包相當(dāng)于　 　
（填“電源”或“充電器”）
【答案】聚變；大氣壓；電源。
10、20世紀(jì)初，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到原子核內(nèi)蘊(yùn)藏著巨大的能量，發(fā)現(xiàn)了獲取核能的途徑。其中當(dāng)中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核會(huì)分裂成質(zhì)量大致相等的兩個(gè)原子核的過程，稱為　 　。另一種獲取核能的方式稱為原子核聚變反應(yīng)，人類最早發(fā)現(xiàn)的核聚變反應(yīng)是　 　內(nèi)的核反應(yīng)。最早實(shí)現(xiàn)、最著名的人工核聚變反應(yīng)是　 　。
【答案】核裂變；太陽；氫彈爆炸。
11、中科院的“人造太陽”EAST物理實(shí)驗(yàn)獲重大突破，實(shí)驗(yàn)中首次實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間達(dá)102秒的超高溫長(zhǎng)脈沖
等離子體放電，為目前世界最長(zhǎng)。
（1）“人造太陽”獲得核能的方式是　 　。
（2）我國(guó)不久前研制出一臺(tái)人造太陽的必備“移動(dòng)電源”﹣﹣立式脈沖發(fā)電機(jī)組，這臺(tái)發(fā)電機(jī)組在短時(shí)運(yùn)行功率達(dá)3×105千瓦，則該發(fā)電機(jī)組在該功率下36s的時(shí)間釋放電能為　 　千瓦時(shí)。
（3）“人造太陽”從上世紀(jì)50年代開始到現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了半個(gè)世紀(jì)，下列觀點(diǎn)支持繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)研究的是：
　 ?。啥噙x）。
A．“人造太陽”實(shí)驗(yàn)人力財(cái)力投入很大，得不償失。
B．“人造太陽”實(shí)驗(yàn)表明可以通過核變化來提供大量的能源。
C．“人造太陽”一旦投入使用，可以緩解傳統(tǒng)能源危機(jī)問題
D．“人造太陽”產(chǎn)生的核輻射小，核廢料少，基本不污染環(huán)境。
E．“人造太陽”需要利用多種高能量方式驅(qū)動(dòng)，條件苛刻，難實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電。
【答案】（1）核聚變；（2）3×103；（3）BCD。
12、請(qǐng)閱讀《核電技術(shù)》并回答問題
核電技術(shù)
核電與水電、火電一起構(gòu)成世界能源的三大支柱，在世界能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染，不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳：核能發(fā)電能量密集，功率高，為其它能源所不及；核電比火電“經(jīng)濟(jì)”，核能發(fā)電成本要比火電廠低15%～50%，誠然，核能電廠會(huì)產(chǎn)生廢料，具有放射性，如果在事故中發(fā)生泄漏，會(huì)對(duì)生態(tài)及民眾造成傷害。
我國(guó)核電事業(yè)學(xué)始于20世紀(jì)50年代，歷經(jīng)近70年的發(fā)展己經(jīng)躋身核電強(qiáng)國(guó)之列，自主研發(fā)了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和出口權(quán)的三代核電技術(shù)“華龍一號(hào)”和“國(guó)和一號(hào)”，核電運(yùn)營(yíng)管理水平位居世界前列至2019年6月底，我國(guó)大陸在運(yùn)核電機(jī)組47臺(tái)，裝機(jī)容量4873萬千瓦，位居全球第三，在建核電機(jī)組11臺(tái)，位居全球第一。
我們已經(jīng)知道，原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的，而原子核又是由質(zhì)子和中子組成的，有的原子核的質(zhì)子和中子個(gè)數(shù)比較少，像氮（讀dan）原子核，其結(jié)構(gòu)面示意圖如圖所示，它有兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，像這樣的原子核我們稱之為輕核；而有的原子核是由比較多的質(zhì)子和中子組成，像某種釷（讀tu）核它有90個(gè)質(zhì)子和144個(gè)中子，我們把這樣的原子核叫作重核，重核在其它粒子的轟擊下分裂成中等質(zhì)量原子核的核反應(yīng)，叫作重核變，科學(xué)家用中子轟擊鈾核（鈾核是重核），發(fā)生了重核裂變，裂變不但可以釋放出能量，同時(shí)還發(fā)射出幾個(gè)中子，這些中子又會(huì)去轟擊其它的核，繼續(xù)發(fā)生裂變，從而產(chǎn)生巨大的能量，可以測(cè)算1kg鈾全部變時(shí)放出的能量就相當(dāng)于2800噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)放出的能量，為了拉制反應(yīng)堆中重變的速度，人們用容易吸收中子的某種材料做成足夠長(zhǎng)的控制棒插入反應(yīng)中心，控制入深一些，吸收的中子就多一些，而去轟擊核的中子就會(huì)少一些，發(fā)生核變的鈾核就會(huì)減少，產(chǎn)生的能量就會(huì)減少，裂變產(chǎn)生的核能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能加熱水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茉诟哞F成為“中國(guó)創(chuàng)造”代表的同時(shí)，中國(guó)核電依靠其領(lǐng)先國(guó)際的技術(shù)和安全水準(zhǔn)，也成為與高鐵并駕齊驅(qū)的一張“中國(guó)創(chuàng)造”的新名片。
請(qǐng)根據(jù)上述材料，回答下列問題
（1）核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)　 　（寫出一條即可）
（2）從核能到我們用到的電能，其中經(jīng)歷的能量轉(zhuǎn)化過程是：　 　
（3）若想使反應(yīng)堆中裂變產(chǎn)生的能量增加，可以進(jìn)行的操作是　 　
（4）如圖所示是重核裂變過程的截面示意圖（中子用?表示，質(zhì)子用O表示）其中合理的是　 ?。ㄟx填選項(xiàng)前的字母）
【答案】（1）能量巨大；（2）核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能；（3）讓控制棒插入的淺一些；（4）D。

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