人教高中物理同步讲义练习选择性必修三5.4 核裂变与核聚变（学生版） （人教2019选择性必修三） .docxVIP

5.4核裂变与核聚变

基础导学

要点一、核裂变

（一）核裂变的发现

1．核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。

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eq\o\al(235,?92)U＋

eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,?56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。

3．链式反应：中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。

4．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。

（二）反应堆与核电站

1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：

(1)燃料：铀棒；

(2)慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)；

(3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，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，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。

2．工作原理

核燃料发生核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内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。

3．核污染的处理

在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。

要点二、核聚变

1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。

2．核反应方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。

3．条件：使轻核的距离达到10－15m以内。

4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。

5．人工热核反应：氢弹．首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。

6．核聚变与核裂变的比较：

(1)优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁；

(2)缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。

要点突破

突破一：核裂变

1．典型的裂变方程

(1)eq\o\al(235,??92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,??54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n

(2)eq\o\al(235,??92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,??56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n

2．核能的释放

由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能。

3．链式反应发生的条件

(1)铀块的体积大于或等于临界体积；

(2)有足够浓度的铀235；

(3)有足够数量的慢中子；

4．裂变反应的能量大小：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量；一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。

5．核电站的主要部件及作用

组成部分

材料

作用

裂变材料(核燃料)

浓缩铀

提供核燃料

减速剂(慢化剂)

石墨、重水或普通水(也叫轻水)

使裂变产生的快中子减速

控制棒

镉棒

吸收中子，控制反应速度

热交换器

水或液态的金属钠

传输热量

防护层

厚水泥层

防止放射线泄露，对人体及其他生物体造成伤害

6.核电站发电的优点

(1)消耗的核燃料少；

(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大；

(3)对环境的污染要比火力发电小。

突破二：核聚变

1．聚变发生的条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离10－15m以内，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。

2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。

3．聚变方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。

4．重核裂变与轻核聚变的区别

重核裂变

轻核聚变

放能原理

重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核