核裂变+核聚变+粒子物理发展概况2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第五章

原子核与基本粒子第4~5节

核裂变

核聚变粒子物理学发展概况秦山核电站

思考：核能作为一种新型能源，在人类的发展过程中所起的作用越来越重要。核反应堆中发生着怎样的核反应？一、核裂变1.核裂变：物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变。铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪（铀236为中间过程，不稳定），同时放出3个中子。核反应方程是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。条件：核裂变物质的体积大于或等于临界体积或核裂变物质的质量大于或等于临界质量。临界体积:裂变物质能够发生链式反应的最小体积相应的质量：临界质量裂变反应的能量:

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摄氏度的高温。我国科学家钱三强、何泽慧夫妇于1947年在实验中发现铀核也可能分裂为三部分或四部分：二分裂三分裂四分裂...概率：

二、反应堆与核电站1.核反应堆：人工控制链式反应的装置吸收中子、控制反应速率慢中子(石墨、轻水、重水)(浓缩铀)核燃料屏蔽射线，防止放射性污染。2.核电站（1）工作原理核燃料发生核裂变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。（2）核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下.核电站优缺点：（1）优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济。（2）缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染；②核废料处理困难。核污染的处理：

在反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏障裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性。需要装入特制的容器深埋地下。三、核聚变两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。1.核聚变：

发生聚变的条件：使原子核间的距离达到

10-15m以内(原子核需要很大的动能才会“撞”在一起)方法：①用加速器加速原子核②原子核加热到很高的温度108～109K聚变又叫热核反应2.核聚变应用：氢弹3.天然核聚变：太阳的核燃烧4.核聚变的优点：①

轻核聚变产能效率高；（相同质量的核燃料，反应中产生的能量比较多）②

地球上核聚变燃料氘和氚储量丰富；③

轻核聚变更为安全、清洁。5.实现可控核聚变的困难：

核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。6.可控核聚变的两种方案①磁约束中国科学院的环流器装置（1）磁约束：带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是环流器。②惯性约束激光或X射线（2）惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用激光从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。四、粒子物理学发展概况1.加速器和对撞机直线加速器回旋加速器环形同步加速器在高能同步加速器的基础上发展起来的一种能让两束高能粒子流实现对撞的装置——对撞机2.粒子“全家福”

按夸克模型，质子由3个夸克（uud）组成，中子也由3个夸克（ddu）组成，总电荷量为零。3.夸克模型4.宇宙的演化

关于宇宙起源，最初有多个模型。目前，学界几乎达成了的共识是宇宙是由大爆炸开始的。1.关于核反应堆,下列说法不正确的是(

)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C2.关于核聚变，下列说法正确的是（）A.两个轻核只有聚变为中等质量的原子核时才放出能量B.同样质量的轻核发生聚变时放出的能量比同样质量的重核裂变时释放的能量大好多倍C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能BD3.如图所示是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是(

)A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B．快中子跟减速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B链式反应的条件：重核分裂成质量较小的核，