第四節

核裂變與核聚變

4-5

第五章原子核人教物理選擇性必修3學習目標

1.知道重核的裂變反應和鏈式反應發生的條件。2.了解裂變反應堆的工作原理及核電站和核能利用的優缺點。3.掌握核聚變的定義及發生條件。4.會判斷和書寫核裂變、核聚變方程,能計算核反應釋放的能量。思維導圖

一核裂變重核在被中子轟擊后分裂成兩個質量差不多的較輕原子核，并放出核能的過程。1.定義：重核裂變只發生在人為控制的核反應中，自然界不會自發產生2.鈾核的裂變1938年，德國物理學家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時，發現了鈾核的裂變.哈恩1879—1968，德國放射化學家和物理學家獲1944年諾貝爾化學獎1）發現：2）裂變產物：多種多樣Xe和Sr氙和鍶Ba和Kr鋇和氪Sb和Nb銻（tī）和鈮（ní）3）鏈式反應當中子進入U235,使其分裂成幾塊，同時釋放出2~3個中子，這些中子又引起其它鈾核的裂變，這樣裂變就會不斷的進行下去，釋放出越來越多的核能，這就叫鏈式反應.①定義：核裂變物質的體積大于或等于臨界體積或核裂變物質的質量大于或等于臨界質量。②必要條件：1.核電站：利用核能發電，它的核心設施是核反應堆，組成：由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2%～4%)制成，它是核反應堆的燃料。①鈾棒：石墨(或重水)作為慢化劑，附著在鈾棒周圍，使反應生成的快中子變為慢中子，便于被鈾235“捉”住，發生核裂變。②石墨(或重水)：屏蔽射線，防止放射性污染。④水泥防護層：主要作用是吸收中子，控制反應速度，所以叫作控制棒。③鎘棒：

二

反應堆與核電站2.核電站優點：①消耗的核燃料少②污染小

一座百萬千瓦級的核電站，一年只消耗濃縮鈾30噸左右，而同樣功率的火電站每年要消耗煤250萬噸。核電站對環境的污染比火電站小。

三核聚變1.核聚變：2.發生條件：例如：原子核間距離在10-15m范圍內,需要高溫幾百萬度，所以聚變又叫熱核反應.輕核結合成質量較大的原子核的反應叫聚變.3．實例分析熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應堆。氫彈，由化學炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產生的高溫高壓引發熱核爆炸。(1)宇宙天體：(2)核武器：5．實現可控核聚變的方案：磁約束和慣性約束。4．核聚變與核裂變相比有很多優點(1)輕核聚變產能效率高；(2)地球上核聚變燃料的儲量豐富；(3)輕核聚變更為安全、清潔。1.我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環流器二號M”（又被稱為“人造太陽”）將在2020年投入運行，其所發生的可控核聚變方程是

已知

、

、

和X的質量分別為m1、m2、m3和m4，真空中的光速為c，下列說法正確的是（）A．X是質子B．大亞灣核電站利用核聚變發電C．該核反應所釋放的核能為D．

和

的結合能之和大于的結合能課堂訓練解析：A．根據質量數和電荷數守恒可知，X是中子，A錯誤；B．大亞灣核電站是利用重核裂變來發電，B錯誤；C．根據質能方程，該核反應所釋放的核能為C正確；D．比結合能大的原子核更穩定，一個氘核與一個氚核結合成一個核時，釋放能量，則

更穩定，比結合能更大，核子數守恒，則

和

的比結合能之和小于

的比結合能，D錯誤。故選C。答案：C課堂訓練2.能源是社會發展的基礎，發展核能是解決能源問題的途徑之一，下列釋放核能的反應方程，表述正確的有（）A．是人工核反應B．是核裂變反應，該反應吸收能量C．由于裂變比聚變產能效率高，目前的核電站是利用的裂變，用減速劑把快中子變為熱中子，用鎘棒控制反應速度D．核聚變溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經受如此高的溫度，科學家設想的解決方案是磁約束和慣性約束課堂訓練解析：A．

是核聚變反應，故A錯誤；B．

是核裂變反應，反應過程中有質量虧損，則該反應放出能量，故B錯誤；C．由于裂變容易控制且發生的條件比聚變更低，則目前的核電站是利用的裂變，但聚變產能效率高，故C錯誤；D．核聚變溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經受如此高的溫度，科學家設想的解決方案是磁約束和慣性約束，故D正確。故選D。答案：D課堂訓練例1：(全國高考)氘核和氚核可發生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應方程為：

，式中x是某種粒子。已知：

和粒子X的質量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應方程和數據可知，粒子X是________，該反應釋放出的能量為________MeV(結果保留3位有效數字)。課堂檢測例2：(多選)(廣東高考)能源是社