24-25高中物理人教版选择性必修第三册 27 第五章 4．核裂变与核聚变.docx
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4．核裂变与核聚变
1．了解核裂变反应及链式反应的条件。
2．知道反应堆的工作原理及其类型，知道核电站的工作流程。
3．了解核聚变反应及条件，关注受控核聚变反应研究的进展。
4．了解两类核能应用的利弊，关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。
核裂变的发现
1．核裂变
重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的碎块，并放出核能的过程。
2．铀核裂变
用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是92235U
3．链式反应
当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代一代继续下去的过程，叫作核裂变的链式反应。
4．链式反应的条件
发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量。
如图所示为核裂变示意图。
【问题】
(1)重核裂变是一种天然现象吗？
(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
提示：(1)(2)重核的裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，只有达到链式反应的条件时，才会发生重核的裂变。
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
(3)常见的裂变方程：
①01
②92235U
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积。
(2)铀块的质量大于临界质量。
以上两个条件满足一个即可。
(3)慢中子轰击。
【典例1】(多选)已知铀的某种裂变反应式为92235U+01n―→54AXe+Z90Sr+1001n，中子质量为1.0087u，氙(Xe)的质量为
A．式中A的值为145
B．式中Z的值为38
C．该裂变反应中的质量亏损为0.1507kg
D．该裂变反应释放的总能量约为140.3771MeV
BD[根据质量数守恒，可得A＝235＋1－(90＋10×1)＝136，A错误；根据电荷数守恒，可得Z＝92—54＝38，B正确；反应中的质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－135.9072－89.9077－10×1.0087)u＝0.1507u，C错误；该裂变反应释放的总能量为E＝0.1507×931.5MeV＝140.37705MeV≈140.3771MeV，D正确。]
[跟进训练]
1．核电站的核能来自92235U的裂变，光速c＝3×108m/s，以下说法中错误的是(
A．92235U原子核中有92个质子、
B．92235U的一种典型的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为
C．92235U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为7
D．若一个92235U核裂变，反应中的质量亏损为0.3578×10-27kg，则释放的能量约为201MeV，合3.22×10
C[92235U原子核的质子数为92，中子数为235－92＝143，选项A正确；由电荷数守恒和质量数守恒可判断，选项B正确；半衰期是原子核固有的属性，与外部环境无关，选项C错误；由爱因斯坦质能方程E＝Δmc2可知，若反应中的质量亏损为0.3578×10-27kg，则释放的能量ΔE＝0.3578×10-27×(3×108)2J≈3.22×10-11J≈201MeV，选项
反应堆与核电站
1．核能释放的控制
通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆。
2．慢化剂
反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水(也叫轻水)。
3．控制棒
为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。
4．能量输出
核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。
5．核污染的处理：为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核反应堆中的核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。
提醒：核裂变是可以控制的，如核电站的建立和应用。
核电站的工作流程
水被压入反应堆，通过核反应放出的热使水温升高，生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转，使发电机正常工作。
【问题】
(1)核电站的核心设施是什么？
(2)