人教物理选修1-2第03章第0405节教材

1、第五节核能的利用第五节核能的利用学习目标学习目标1.知道裂变、链式反应及链式反应的条件，能根据知道裂变、链式反应及链式反应的条件，能根据裂变方程计算裂变放出的能量裂变方程计算裂变放出的能量2 .知道聚变和聚变反应的特点、条件知道聚变和聚变反应的特点、条件3 .会写聚变方程，能根据聚变方程计算放出的能会写聚变方程，能根据聚变方程计算放出的能量量4 .知道什么是核反应堆，了解核电站放射性物质知道什么是核反应堆，了解核电站放射性物质的处理方法的处理方法第第五五节节核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案学习目标学习目标课前自主学案课前自主学案一

2、、核裂变一、核裂变1定义：使重核分裂成定义：使重核分裂成_质量的原子核的核反应质量的原子核的核反应2链式反应：由重核裂变产生的中子继续与其他重核发链式反应：由重核裂变产生的中子继续与其他重核发生生_ ，使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，使核裂变反应一代接一代继续下去的过程3临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的_体积叫做它的临界体积，相应的体积叫做它的临界体积，相应的_叫做临界质叫做临界质量量中等中等核裂变核裂变最小最小质量质量二、核聚变和受控热核反应二、核聚变和受控热核反应1核聚变核聚变(1)定义：由两个定义：由两个_结合成质量较大的

3、核的反应结合成质量较大的核的反应.(2)条件：核聚变反应必须在条件：核聚变反应必须在_(达到几百万摄氏度达到几百万摄氏度)下进行，下进行，因此聚变也叫热核反应因此聚变也叫热核反应(3)特点：产能效率高；聚变燃料储量丰富；安全、清特点：产能效率高；聚变燃料储量丰富；安全、清洁洁2受控热核反应：实现受控热核反应的实验方案受控热核反应：实现受控热核反应的实验方案,目前有目前有_聚变和聚变和_聚变两种聚变两种轻核轻核高温高温磁约束磁约束惯性约束惯性约束三、核电站三、核电站核电站主要组成部分是常规岛和核岛，其热源是核电站主要组成部分是常规岛和核岛，其热源是_.四、核电站的常规岛与核岛四、核电站的常规岛与

4、核岛1由于核电站的发电系统与通常的热电厂相同，所以安装由于核电站的发电系统与通常的热电厂相同，所以安装这些设备的区域叫做常规岛这些设备的区域叫做常规岛2核反应堆：用来释放核燃料中的核反应堆：用来释放核燃料中的_的装置叫核反应堆，的装置叫核反应堆，安装反应堆的建筑称为核岛安装反应堆的建筑称为核岛反应堆反应堆核能核能五、核电的安全五、核电的安全1核电引起的安全问题主要有两个方面：一是核电引起的安全问题主要有两个方面：一是:核反应失控，核反应失控，引起引起_物质外泄；二是物质外泄；二是:放射性放射性_处理不当，会产生处理不当，会产生环境污染环境污染2为了防止核电站事故的发生，现有的反应堆都有四道安为

5、了防止核电站事故的发生，现有的反应堆都有四道安全屏障：第一道是耐高温耐腐蚀的陶瓷体燃料芯块，第二道全屏障：第一道是耐高温耐腐蚀的陶瓷体燃料芯块，第二道是燃料元件包壳，第三道是是燃料元件包壳，第三道是_ ，第四道是，第四道是_.放射性放射性废料废料压力壳压力壳安全壳安全壳3对核电站放射性废物的处理，固体要先在核电站内专用的对核电站放射性废物的处理，固体要先在核电站内专用的废物库暂存，然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又废物库暂存，然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水源的处置场永久贮存，一般要存放几百年；对气远离天然水源的处置场永久贮存，一般要存放几百年；对气态废物和液态废物的处

6、理，主要是采取态废物和液态废物的处理，主要是采取_等方法进行等方法进行稀释，然后排放到指定的区域稀释，然后排放到指定的区域六、核能的多种用途六、核能的多种用途1利用核能的主要途径是利用核能的主要途径是_.2在能源结构上，用于供暖等低温用热占总热耗量的在能源结构上，用于供暖等低温用热占总热耗量的50%左左右右3核能源可以低功率长期供电，作为航天器的电源核能源可以低功率长期供电，作为航天器的电源4核动力已经广泛应用于海洋舰艇核动力已经广泛应用于海洋舰艇贮存衰变贮存衰变发电发电核心要点突破核心要点突破一、重核的裂变一、重核的裂变1发现：发现：1938年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰年德国物理

7、学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步3裂变的解释：当中子进入铀裂变的解释：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出23个中子个中子这些中子又引起其他铀核裂变

8、，这样，裂变就会不断地进行下这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应，如图去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应，如图341所示所示图图3414裂变的条件：首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂变的条件：首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂过程中，又会放出更多中子，这些中子再去轰击更多铀核，裂过程中，又会放出更多中子，这些中子再去轰击更多铀核，产生更多中子，就形成了链式反应这个反应速度很快，若不产生更多中子，就形成了链式反应这个反应速度很快，若不加以控制，能量会在很短的时间内急剧释放加以控制，能量会在很短的时间内急剧释放(原子弹原子

9、弹)；如果采；如果采用其他方法对反应速度加以控制的话，能量就会缓慢释放用其他方法对反应速度加以控制的话，能量就会缓慢释放(核核电站电站)二、轻核的聚变二、轻核的聚变1聚变聚变把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变聚变反应又称为热核反应称为聚变聚变反应又称为热核反应2聚变方程聚变方程3轻核发生聚变的条件轻核发生聚变的条件要使轻核发生聚变，就必须使轻核接近核力发要使轻核发生聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离生作用的距离1015 m，但是原子核是带正电的，但是原子核是带正电的，要使它们接近要使它们接近1015 m就必须克服电荷间很大的就

10、必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求使核具有足够大的动能要斥力作用，这就要求使核具有足够大的动能要使原子核具有足够大的动能，就要给核加热，使使原子核具有足够大的动能，就要给核加热，使物质达到几百万度的高温综上所述，核聚变只物质达到几百万度的高温综上所述，核聚变只有在超高温条件下才能发生有在超高温条件下才能发生三、聚变与裂变的区别三、聚变与裂变的区别重核的裂变、轻核的聚变都能释放出巨大的核能，重核的裂变、轻核的聚变都能释放出巨大的核能，但两者是有区别的但两者是有区别的1原理不同原理不同重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的原子核，重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的原子核，放出巨大的能量，而聚变

11、是几个轻核聚变放出巨大的能量，而聚变是几个轻核聚变(结合结合)成一个中等质量的原子核，放出巨大的能量成一个中等质量的原子核，放出巨大的能量2放出能量的大小不同放出能量的大小不同重核裂变时，平均每个核子释放的能量约为重核裂变时，平均每个核子释放的能量约为1兆兆电子伏，而轻核聚变时，平均每个核子释放出的电子伏，而轻核聚变时，平均每个核子释放出的能量在能量在3兆电子伏以上，即聚变比裂变放出更多兆电子伏以上，即聚变比裂变放出更多的能量的能量3废料处理难度不同废料处理难度不同裂变产生的废料处理起来比较困难，而热核反应裂变产生的废料处理起来比较困难，而热核反应的废料处理要简单得多的废料处理要简单得多4“燃

12、料燃料”的丰富程度不同的丰富程度不同热核反应所需要的热核反应所需要的“燃料燃料”氘在地球上非常氘在地球上非常丰富，丰富，1升海水中大约有升海水中大约有0.03克氘，如果用来进行克氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约和燃烧热核反应，放出的能量约和燃烧300升汽油相升汽油相当而裂变燃料当而裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其铀在地球上储量有限，尤其是用于核裂变的铀是用于核裂变的铀235，在铀矿中仅占，在铀矿中仅占0.7%，相，相比起来聚变的燃料比起来聚变的燃料氘要丰富得多我国是一氘要丰富得多我国是一个个“贫铀贫铀”的国家，贮藏量不多的国家，贮藏量不多5两种反应的可控制性不同两种反应的可控制性不同裂变

13、反应速度可以比较容易地进行人工控制，因裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制，因此，现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量，此，现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量，而聚变反应的可控制性比较困难，世界上许多国而聚变反应的可控制性比较困难，世界上许多国家都积极研究可控热核反应的理论和技术我国家都积极研究可控热核反应的理论和技术我国可控热核反应的研究情况：可控热核反应的研究情况：1984年年9月，我国自月，我国自行研制的可控热核反应实验装置行研制的可控热核反应实验装置“中国环流器一中国环流器一号号”顺利启动顺利启动.1994年，具有国际先进水平的可控年，具有国际先进水平的可控热核反应实验装置热核

14、反应实验装置“HT7超导托卡马克超导托卡马克”已安已安装调试成功，我国在研究可控热核反应方面已经装调试成功，我国在研究可控热核反应方面已经具有一定的实力具有一定的实力课堂互动讲练课堂互动讲练对重核裂变的认识对重核裂变的认识 关于重核的裂变，以下说法正确的是关于重核的裂变，以下说法正确的是()A核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量能量B中子从铀块中通过时，一定发生链式反应中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C重核裂变时释放出大量能量，产生明显的质重核裂变时释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小量亏损，所以核子数要减小D铀核裂变为中等质量的

15、原子核时，要发生质铀核裂变为中等质量的原子核时，要发生质量亏损，放出核能量亏损，放出核能【精讲精析精讲精析】根据重核发生裂变的条件和裂变根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理，分析可知裂变时因铀核俘获中子即放能的原理，分析可知裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程因其释放的能量是远大于其俘获中子时吸收程因其释放的能量是远大于其俘获中子时吸收的能量的链式反应是有条件的，即铀块的体积的能量的链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积如果体积小，中子从铀块必须大于其临界体积如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就

16、不会发中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生在裂变反应中核子数是不会减少的，因此选生在裂变反应中核子数是不会减少的，因此选项项A、B、C均错铀核裂变为中等质量的原子核均错铀核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减少，还会再发生质量亏损，时，由于平均质量减少，还会再发生质量亏损，从而释放出核能从而释放出核能【答案】【答案】D【方法总结】【方法总结】重核发生裂变的条件是：重核发生裂变的条件是：(1)要俘要俘获慢中子；获慢中子；(2)铀块体积大于临界体积重核裂变铀块体积大于临界体积重核裂变时都发生质量亏损，放出核能时都发生质量亏损，放出核能变式训练变式训练1 关于铀核裂变，下述说法正确的是关

17、于铀核裂变，下述说法正确的是()A铀核裂变的产物是各种各样的，但只能裂变铀核裂变的产物是各种各样的，但只能裂变成两种不同的核成两种不同的核B铀核裂变时还能同时释放出多个中子铀核裂变时还能同时释放出多个中子C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀铀235D铀块的体积对产生链式反应无影响铀块的体积对产生链式反应无影响解析：解析：选选BC.铀核受到中子的轰击，会引起裂变，铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并但裂变成两块的情况多，也有的分裂成

18、多块，并放出几个中子，铀放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀概率大，而铀238只有俘获能量在只有俘获能量在1 MeV以上的中以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小而要引起链子才能引起裂变，且裂变的几率小而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积故选项式反应，需使铀块体积超过临界体积故选项B、C正确正确对核聚变的理解对核聚变的理解 关于聚变，以下说法正确的是关于聚变，以下说法正确的是()A两个轻原子核聚变为一个质量较大的原子核放两个轻原子核聚变为一个质量较大的原子核放出的能量比一个重核分裂成两个中等质量的原子出的能量比一个重核分裂成两个中等质量的原子核放

19、出的能量大很多倍核放出的能量大很多倍B一定质量的聚变物质聚变时放出的能量比相同一定质量的聚变物质聚变时放出的能量比相同质量的裂变物质裂变时释放的能量大很多倍质量的裂变物质裂变时释放的能量大很多倍C聚变发生的条件是聚变物质的体积大于临界体聚变发生的条件是聚变物质的体积大于临界体积积D发生聚变反应时，原子核必须有足够大的动能发生聚变反应时，原子核必须有足够大的动能【精讲精析精讲精析】一个重核裂变释放的能量大于两个一个重核裂变释放的能量大于两个轻核聚变时释放的能量如一个铀轻核聚变时释放的能量如一个铀235核裂变成锶核裂变成锶和氙，释放和氙，释放141 MeV能量，一个氘核和一个氚核聚能量，一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核，只释放变成一个氦核，只释放17.6 MeV能量，但轻核的能量，但轻核的每个核子平均释放的能量每个核子平均释放的能量(3.52 MeV)大于重核每个大于重核每个核子平均释放的能量核子平均释放的能量(0.6 MeV)一定质量的轻核一定质量的轻核数目远大于同质量的重核的数目所以一定质量的数目远大于同质量的重核的数目所以一定质量的