《核裂变与核聚变》课件

4.核裂变与核聚变自主落实·必备知识全过关合作探究·能力素养全提升学以致用·随堂检测全达标素养目标1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件．(物理观念)2．了解裂变反应堆的工作原理及核电站和核能利用的优缺点．(物理观念)3．掌握核聚变的定义及发生条件．(物理观念)4．会判断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量．(科学思维)自主落实·必备知识全过关

中子

3．链式反应由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程．4．链式反应的条件

发生裂变物质的体积大于________，裂变物质的质量大于________．铀块足够大，中子才有足够大的概率打中某个铀核临界体积临界质量二、核电站1．核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为________．原子弹是不可控制的链式反应

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________、________和________．与慢化剂中的原子核碰撞减速核反应堆石墨重水普通水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，它吸收________的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入________一些，多吸收一些________，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作________．4．能量输出核燃料发生________释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外________，把反应堆内的________传输出去，用于发电．中子深中子控制棒核裂变循环流动热量5．核能发电的效益一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗______左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤________．现在的所有核电站都是应用核裂变发电6．核污染的处理为避免________对人体的伤害和____________对水源、空气和工作场所造成放射性污染，在反应堆外面需要修建很厚的________，用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，________．30t2.5×106t射线放射性物质水泥层放射性深埋地下三、核聚变1．定义两个轻核结合成________的核的反应．发生质量亏损2．条件(1)轻核的距离要达到________以内．(2)聚变可能通过________(几百万开尔文)来实现，因此又叫热核反应．质量较大10－15m高温

氢弹热核反应堆3～44．聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变产能效率________．(2)地球上聚变燃料的储量________．(3)轻核聚变更为____________．5．实现核聚变的方法(1)难点：地球上没有任何容器能够经受核聚变需要的高温．(2)方案：科学家设想了两种方案，即________和________，________是目前性能最好的一种磁约束装置．高丰富安全、清洁磁约束惯性约束环流器情

境

体

验如图为铀核裂变示意图：(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程．(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？

合作探究·能力素养全提升

2．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．3．裂变反应的能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．应用体验题型1裂变的特点及条件例1(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样的，但只能裂变成两种不同的核B．铀核裂变时一般释放2～3个中子C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D．铀块的体积对产生链式反应无影响答案：BC解析：铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是多样的，具有极大的偶然性，裂变成两块的情况比较多，也有的分裂成多于两块，裂变时一般会放出2～3个中子．铀235受中子的轰击时，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，而要引起链式反应．需使铀块的体积不小于临界体积．综上所述，选项B、C正确．

答案：AC解析：由核反应方程式可以看出铀核裂变释放出3个中子，A正确；铀块体积需达到临界体积才能发生链式反应，所以铀块体积对链式反应的发生有影响，B错误；铀核的链式反应可以通过控制棒进行人工控制，C正确；放射性物质的半衰期是元素本身的属性，与外界物理环境和化学环境均无关，D错误．探究二反应堆与核电站核心归纳1.核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆，它的主要部件列表如下：部件名称铀棒慢化剂控制棒热循环介质保护层采用的材料浓缩铀235石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠很厚的水泥外壳作用核燃料降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子，控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染2.反应堆的工作原理核反应释放的能量通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．3．核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大，所能提供的能量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．应用体验例3如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法正确的是(

)A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些答案：B解析：快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，故B项正确，A项错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故C、D错误．针对训练2.(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是(

)A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能B．镉棒的作用是控制反应堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能答案：ABD解析：A对：铀棒是核燃料，裂变时放出能量．B对：镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆的功率．C错：慢中子最容易引发铀核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速．D对：水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度．

答案：A

3．核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．4．核聚变的应用(1)核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置．它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．5．重核裂变与轻核聚变的区别比较项目重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍燃料储量情况聚变燃料储量丰富核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多应用体验题型4对轻核聚变反应的理解例4(多选)下列关于聚变的说法正确的是(

)A．要使聚变发生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫作热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．所有恒星中只有太阳内部在激烈地进行着热核反应答案：ABC解析：轻核聚变时，要使轻核之间的距离达到10－15m以内，所以必须克服库仑斥力做功，选项A正确；在轻核聚变中，原子核必须有足够的动能，才能克服巨大的库仑斥力，原子核处在几百万开尔文的高温下可以具有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，选项B、C正确；除了太阳，其他恒星内部也进行着热核反应，选项D错误．

粒子名称质子(p)α粒子正电子(e)中子(n)质量/u1.00784.00260.00051.0087

答案：ACD

答案：A解析：A选项中轻核结合成质量较大的核，是核聚变反应，A正确；B选项是原子核的人工转变，B错误；C选项产物中有电子，是β衰变，C错误；D选项中铀235是重核，发生的是裂变，D错误．针对训练4.[浙江1月](多选)如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置.2018年11月，该装置实现了1×108

℃等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步．关于核聚变，下列说法正确的是(

)A．聚变又叫热核反应B．太阳就是一个巨大的热核反应堆C．高温能使原子核克服核力而聚变D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多答案：ABD解析：聚变又叫热核反应，选项A正确；太阳就是一个巨大的热核反应堆，选项B正确；要使轻核发生聚变，必须使它们之间的距离达到10－15m以内，核力才能起作用，那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服库仑力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服库仑力而聚变，但不是使原子核克服核力而聚变，选项C错误；对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，选项D正确．1.我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称为“人造太阳”）将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变方程是

已知

、

、

和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是（）A．X是质子B．大亚湾核电站利用核聚变发电C．该核反应所释放的核能为D．

和

的结合能之和大于的结合能当堂小练解析：A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是中子，A错误；B．大亚湾核电站是利用重核裂变来发电，B错误；C．根据质能方程，该核反应所释放的核能为C正确；D．比结合能大的原子核更稳定，一个氘核与一个氚核结合成一个核时，释放能量，则

更稳定，比结合能更大，核子数守恒，则

和

的比结合能之和小于

的比结合能，D错误。故选C。答案：C2.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（）A．是人工核反应B．是核裂变反应，该反应吸收能量C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度D．核聚变温度太高，地球上没