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核反应和核能的利用核反应和核能的利用 核反应和核能的利用核反应和核能的利用 一、核反应 人工转变 二、核能 对质能方程的理解 三、释放核能的途径 1、重核的裂变 2、轻核的聚变 049. 西安市重点中学2008届4月份理综试题1 gk010. 2008年高考理综四川卷15 061. 北京西城区2008年5月抽样14 039. 08年深圳市第一次调研考试5 gk002. 2008年高考理综全国卷 20 gk004. 2008年高考物理上海卷 6 064. 08年福建省十大名校高考模拟试题1 047. 08年福建省毕业班质量检查14 059. 江苏南通市2008届第三次调研测试 12.(2) 066. 珠海市2008年高考模拟考试 3 046. 南京市2008届第一次模拟考试14.(3) 050. 江苏省盐城市07-08学年度第二次调研考试12-3(2) gk003. 2008年高考理综北京卷14 一、核反应 所有核反应的反应前后都遵守： 质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。） 核反应类型有衰变、人工转变、重核的裂变和轻核 的聚变 1、衰变： 衰变：（核内） 衰变： （核内） +衰变：（核内） 衰变：原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级. 2、人工转变： （发现质子的核反应） （发现中子的核反应） （人工制造放射性同位素） 3、重核的裂变： 在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续 不断地进行下去，这就是链式反应。 4、轻核的聚变： （需要几百万度高温，所以又叫热核反应） 二、核能 由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固 的集合体。要把原子核拆散成核子，需要克服核力 做巨大的功，或者需要巨大的能量。这表明要把原 子核分开成核子要吸收能量，核子结合成原子核要 放出能量，这个能量叫做原子核的结合能. 原子核越大，它的结合能越高，因此有意义的是它 的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均 结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得 越牢固，原子核越稳定。 核反应中放出的能叫核能。 1结合能 中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量 亏损最大），这些核最稳定。另一方面如果使较重的 核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等 大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放 能量供人使用。 2质量亏损 核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成 它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。 3、爱因斯坦质能方程： Emc2 物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于c2这个数 值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。 4、核反应中由于质量亏损释放的能量：E=m c2 以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。 在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子 质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。 对质能方程的理解（3） 一定的质量m总是跟一定的能量mc2对应。核子在 结合成原子核时的总质量减少了,相应的总能量也 要减少,根据能量守恒定律，减少的这部分能量不 会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。 反过来,把原子核分裂成核子,总质量要增加，总能 量也要增加,增加的这部分能量也不会凭空产生,要 由外部来供给。能量总是守恒的,在原子核反应伴 随有巨大的放能和吸能现象。 物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增 加了，它的能量也增加；不能错误地认为质量和能量 发生了相互转化。 三、释放核能的途径 凡是释放核能的核反应都有质量亏损。 核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损 是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。 核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。 铁原子核中核子的平均质量最小,所以铁原子核最稳定. 凡是由平均质量大的核， 生成平均质量小的核的 核反应都是释放核能的。 D A BC E F Fe Z 0 核子平均质量 （2）链式反应： 由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下 去的过程，叫做核裂变的链式反应。裂变物质能够发 生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。铀核裂变 的产物不同，释放的能量也不同。 如铀核裂变的一个方程： （1）重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应， 称为裂变。 1、重核的裂变： 通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质 量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核可以释 放能量， （3）核反应堆 目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。 核反应堆的主要组成是： 反应堆示意图 核燃料。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3%4%) 减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速, 以便被铀235吸收）。 控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。 冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出 去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。 水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。 聚变需要几百万度高温，所以又叫热核反应。 2、轻核的聚变： (1) 两个轻核结合成质量较大的核,这样的反应叫做聚变 (2) 聚变与裂变相比有很多优点 轻核聚变产能效率高。 地球上聚变燃料的储量丰富。 是轻核聚变反应更为安全、清洁。 因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更 大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损 ，所以平均每个核子释放的能量就更大 049.西安市重点中学2008届4月份理综试题1 A、X光是居里夫人最先发现的。 B、天然放射性是贝克勒尔最先发现的。 C、法拉第发现了磁生电的方法和规律。 D、为了维护世界和平，1964年10月16日,我国第一 颗原子弹爆炸成功核能的利用得益于质能方程， 质能方程在世界上得到了的广泛应用，正影响着今 天的世界,因此被称为改变世界的方程。 1、下图中有四幅图片，涉及到有关物理学发展历史 的四个重大发现，则下列的有关说法中,不正确的是: ( ) A gk010.2008年高考理综四川卷15 15、下列说法正确的是 （ ） A射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B射线比射线更容易使气体电离 C太阳辐射的能量主要来源于重核裂变 D核反应堆产生的能量来自轻核聚变 A 核反应堆产生的能量是来自于重核的裂变，D错 解析： 射线中的 光子不带电，故在电场与磁场中都不会 发生偏转，A正确； 粒子的特点是电离能力很强，B错； 太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变，C错； 061.北京西城区2008年5月抽样14 14氢弹爆炸的核反应是 ( ) A. B. C. D. A 039.08年深圳市第一次调研考试5 5一个 原子核在中子的轰击下裂变方程为, 则下列说法正确的是 ( ) AX原子核中含有86个中子 BX原子核中含有141个核子 C铀核裂变的产物是多种多样的，具有一定的偶 然性 D为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀 235 ACD gk002.2008年高考理综全国卷 20 20中子和质子结合成氘核时，质量亏损为m， 相应的能量Emc22.2 MeV是氘核的结合能 。下列说法正确的是（ ） A用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘 核不能分解为一个质子和一个中子 B用能量等于2.2 Mev的光子照射静止氘核时，氘 核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之 和为零 C用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘 核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之 和为零 D用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘 核可能分解为一个质子 和一个中子，它们的动能之 和不为零 A D 6在下列四个核反应方程中，x表示质子的是 （） （A） （B） （C） （D） gk004.2008年高考物理上海卷 6 C 由核反应方程的质量数和电荷数守恒，可得各个 选项中的x分别为正电子、粒子、质子、中子。 解析： 064. 08年福建省十大名校高考模拟试题1 1.现在太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢核聚变产 生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核 反应，其核反应方程为 ， 到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共同 产生的。已知的 质量为m1， 的质量为m2， 则下列判断正确的是（ ） A3m1 m2 B3m1 m2 C3m1 = m2 D m1 = 3m2 A 047.08年福建省毕业班质量检查14 142008年北京奥运会场馆设施采用很多太阳能技术 。太阳的能量来源于氢核的聚变，每次聚变反应可以 看作是4个氢核( )结合成1个氦核( )，同时放 出正电子( )。已知氢核的质量为 ，氦核的质量 为 ，正电子的质量为 ，真空中光速为c.下列 关于氢核聚变的说法正确的是 ( ) A核反应方程为 B核反应方程为 C每次核反应所释放的能量为 D每次核反应所释放的能量为 A C 059.江苏南通市2008届第三次调研测试 12.(2) 12.(2) 一个高能光子，经过重核附近时与原子核 场作用，能产生一对正负电子，请完成相应的反应 方程： 已知电子质量me=9.1010-31kg，光在真空中的传播 速度为速为c=3.00108m/s，则光子的能量至少为 J 解： 核反应方程为： 1.6410-13 以下说法中正确的是（ ） A核反应方程为 B核反应方程为 C4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为 0.0266u D聚变反应过程中释放的能量约为24.8MeV 066.珠海市2008年高考模拟考试 3 3太阳能来源于轻核的聚变，太阳中存在的主要元 素是氢,氢核的聚变反应可以看作是4个氢核（ ） 结合成1个氦核（ ）下表中列出了部分粒子的 质量（取1uc2=931.5MeV） 粒子名称质质子p 粒子电电子e中子n 质质量 / u1.00734.00150.000551.0087 A C D 046.南京市2008届第一次模拟考试14.(3) 14.（3）（本题4分）2008年北京奥运会场馆周围 8090 的路灯将利用太阳能发电技术来供电，奥 运会90的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术. 科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核 到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核（ ） 转化成一个氦核（ ）和两个正电子（ ）并放出能 量.已知质子质量mP = 1.0073u，粒子的质量m = 4.0015u，电子的质量me = 0.0005u 1u的质量相当于 931.MeV的能量 写出该热核反应方程； 一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能 量?（结果保留四位有效数字） 解： m = 4mP m2me = 41.0073u4.0015u20.0005u = 0.0267 u E = mc2 = 0.0267 u931.5MeV/u 24.86 MeV 050.江苏省盐城市07-08学年度第二次调研考试12-3(2) 123（2）镭（Ra）是历史上第一个被分离出来 的放射性元素，已知 能自发地放出粒子而变成 新核Rn，已知的 质量为M1=3.75331025kg,新核 Rn的质量为M2=3.68671025kg，粒子的质量为 m=6.64661027kg，现有一个静止的 核发生衰 变，衰变后粒子的速度为3.68105m/s。则：（计算 结果保留两位有效数字） 写出该核反应的方程式。 此反应过程中放出的能量是多少？ 反应后新核Rn的速度是多大？ 解： 14.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同 时辐射一个 光子。已知质子、中子、氘核的质量 分别为m1、m2、m3,普