第4节　核裂变与核聚变 第5节　“基本”粒子 教学设计.doc

第4节核裂变与核聚变

第5节“基本”粒子

[学习目标]

1．知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件。

2．了解裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式。

3．知道聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展。

4．会分析和计算核裂变和核聚变过程释放的核能。

5．初步了解粒子物理学的基础知识。

知识点1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新原子核，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eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(144),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(89),\s\do1(36))Kr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n。

3．链式反应

(1)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。

(2)通常把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。

知识点2反应堆与核电站

1．核反应堆：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。

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，镉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．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，用来屏蔽核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。

知识点3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．举例：eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋17.6MeV。

3．条件

(1)轻核的距离要达到10－15m以内。

(2)需要加热到很高的温度，因此核聚变又叫热核反应。

4．优点

(1)轻核聚变产能效率高。

(2)地球上核聚变燃料氘储量丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要。

(3)轻核聚变更为安全、清洁。

5．约束方法：磁约束和惯性约束。

[判一判]

1．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。()

(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。()

(3)控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的。()

(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。()

提示：(1)×(2)√(3)√(4)×

知识点4发现新粒子

1．新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等。

2．反粒子：实验中发现，存在着这样一类粒子，它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫作反粒子。例如，电子的反粒子就是正电子。

知识点5粒子的分类

1．强子：强子是参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。

2．轻子：轻子不参与强相互作用。最早发现的轻子是电子。

3．规范玻色子：规范玻色子是传递各种相互作用的粒子。光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用。

4．希格斯玻色子：希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。

[判一判]

2．(1)质子、中子和电子都是不可再分的基本粒子。()

(2)质子和反质子的电荷量相同，电性相反。()

提示：(1)×(2)√

1．(核裂变)(多选)关于铀核裂变，下列说法正确的是()

A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核

B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子

C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用铀235而不用铀238

D．铀块的体积对产生链式反应无影响

解析：选BC。铀核受到中子的轰击，会引起裂变，放出2～3个中子，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，A错误，B正确；铀235受慢中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，C正确；要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，D错误。

2．(核裂变及核能计算)一个