5.4核裂變與核聚變課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性3

第五章原子核第4節(jié)

核裂變與核聚變較重的核分裂成中等大小的核，較小的核合并成中等大小的核的過(guò)程中，都有可能釋放出能量。核電站以及原子彈、氫彈等核武器，利用的就是這些核能。在這些裝置中，核能是怎樣被轉(zhuǎn)化和使用的呢?新知導(dǎo)入一核裂變重核在被中子轟擊后分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的較輕原子核,并放出核能的過(guò)程。1.定義：重核裂變只發(fā)生在人為控制的核反應(yīng)中，自然界不會(huì)自發(fā)產(chǎn)生2.鈾核的裂變1938年，德國(guó)物理學(xué)家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時(shí)，發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變.哈恩1879—1968，德國(guó)放射化學(xué)家和物理學(xué)家獲1944年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1）發(fā)現(xiàn)：2）裂變產(chǎn)物：多種多樣X(jué)e和Sr氙和鍶Ba和Kr鋇和氪Sb和Nb銻（tī）和鈮（ní）課堂探究3）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)當(dāng)中子進(jìn)入U(xiǎn)235,使其分裂成幾塊，同時(shí)釋放出2~3個(gè)中子，這些中子又引起其它鈾核的裂變，這樣裂變就會(huì)不斷的進(jìn)行下去，釋放出越來(lái)越多的核能，這就叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng).①定義：核裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積或核裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量。②必要條件：原子彈解析：用中子轟擊等少數(shù)重核元素才能發(fā)生裂變反應(yīng),鈾核裂變時(shí)可能分裂為兩部分、三部分或四部分,但產(chǎn)生兩部分的概率最大,A、D錯(cuò)誤,C正確;鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)一定釋放能量,B正確。例1、(多選)關(guān)于裂變反應(yīng),下列說(shuō)法正確的是()A.用中子轟擊鈾核發(fā)生裂變,其一定分裂為質(zhì)量差不多的兩部分B.鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核一定釋放能量C.鈾核發(fā)生裂變時(shí)可能分裂成兩部分、三部分或四部分D.所有重核用中子轟擊均能發(fā)生裂變反應(yīng)BC典例精析秦山核電站是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)管理的第一座30萬(wàn)千瓦壓水堆核電站,地處浙江省海鹽縣。秦山核電站工程建設(shè)自1985年3月開(kāi)工,1991年12月并網(wǎng)發(fā)電。秦山核電站的建成發(fā)電,使我國(guó)成為世界上第7個(gè)能夠自行設(shè)計(jì)、建造核電站的國(guó)家。

二

反應(yīng)堆與核電站課堂探究1.核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核反應(yīng)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(yīng)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(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶樱阌诒烩?35“捉”住，發(fā)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(hù)層：主要作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以叫作控制棒。③鎘棒：2.核電站優(yōu)點(diǎn)：①消耗的核燃料少②污染小

一座百萬(wàn)千瓦級(jí)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(wàn)噸。核電站對(duì)環(huán)境的污染比火電站小。聚變裂變核裂變與核聚變?nèi)?/p>

核聚變課堂探究2013年1月5日中科院合肥物質(zhì)研究院宣布，“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置輔助加熱工程的中性束注入系統(tǒng)在綜合測(cè)試平臺(tái)上成功實(shí)現(xiàn)100秒長(zhǎng)脈沖氫中性束引出。2020年7月28日，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃重大工程安裝啟動(dòng)儀式在法國(guó)該組織總部舉行。2020年12月4日14時(shí)02分，新一代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M裝置（HL-2M）在成都建成并實(shí)現(xiàn)首次放電。1.核聚變：2.發(fā)生條件:例如：原子核間距離在10-15m范圍內(nèi),需要高溫幾百萬(wàn)度,所以聚變又叫熱核反應(yīng).輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核的反應(yīng)叫聚變.3．實(shí)例分析熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽(yáng)就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。氫彈，由化學(xué)炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。(1)宇宙天體：(2)核武器：5．實(shí)現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)(1)輕核聚變產(chǎn)能效率高；(2)地球上核聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富；(3)輕核聚變更為安全、清潔。典例精析2、(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆,下列說(shuō)法正確的是()A.鈾棒是核燃料,裂變時(shí)釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能解析：鈾棒是核燃料,裂變時(shí)可放出能量,故A正確;鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng),作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度,即控制反應(yīng)堆功率,故B正確;慢中子最容易引發(fā)核裂變,所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速,石墨的作用是使中子減速,故C錯(cuò)誤;水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng),把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去,用于發(fā)電,同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻,控制溫度,故D正確。ABD1.我國(guó)新一代可控核聚變研究裝置“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M”（又被稱為“人造太陽(yáng)”）將在2020年投入運(yùn)行，其所發(fā)生的可控核聚變方程是.已知

、

、

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

和

的結(jié)合能之和大于的結(jié)合能課堂達(dá)標(biāo)解析：A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X是中子，A錯(cuò)誤；B．大亞灣核電站是利用重核裂變來(lái)發(fā)電，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)質(zhì)能方程，該核反應(yīng)所釋放的核能為C正確；D．比結(jié)合能大的原子核更穩(wěn)定，一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)核時(shí)，釋放能量，則

更穩(wěn)定，比結(jié)合能更大，核子數(shù)守恒，則

和

的比結(jié)合能之和小于

的比結(jié)合能，D錯(cuò)誤。故選C。答案：C2.能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問(wèn)題的途徑之一，下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有（）A．是人工核反應(yīng)B．是核裂變反應(yīng)，該反應(yīng)吸收能量C．由于裂變比聚變產(chǎn)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?yōu)闊嶂凶樱面k棒控制反應(yīng)速度D．核聚變溫度太高，地球上沒(méi)有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度，科學(xué)家設(shè)想的解決方案是磁約束和慣性約束解析：A．

是核聚變反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；B．

是核裂變反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中有質(zhì)量虧損，則該