人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE35.4核裂變與核聚變〖學習目標〗1．知道核裂變與核聚變及鏈式反應的基本概念，了解原子彈、核反應堆、聚變反應條件的內容。2.掌握鏈式反應及核聚變釋放能量的計算，理解核電站的工作原理，掌握輕核聚變的條件，提高分析、解決問題的能力。3.通過對鏈式反應的探究，理解原子彈、核反應堆的原理，體會熱核反應的條件。4.學習科學家們研究問題的方法，堅持實事求是的科學態(tài)度，體驗其工作的艱辛，激發(fā)探索未來科學的熱情。〖知識梳理〗一、核裂變1．核裂變的發(fā)現(xiàn)(1)核裂變重核被中子轟擊后分裂成兩個質量差不多的新原子核，并放出核能的過程。(2)鈾核裂變用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產物是多種多樣的，其中一種典型的反應是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(3)鏈式反應當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續(xù)下去，這種由重核裂變產生的中子使核裂變反應一代一代繼續(xù)下去的過程，叫作核裂變的鏈式反應。(4)鏈式反應的條件發(fā)生裂變物質的體積大于臨界體積或裂變物質的質量大于臨界質量。2．反應堆與核電站(1)核能釋放的控制通過可控制的鏈式反應實現(xiàn)核能釋放的裝置稱為核反應堆。(2)慢化劑反應堆中，為了使裂變產生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有石墨、重水和普通水(也叫輕水)。(3)控制棒為了控制反應速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，它吸收中子的能力很強，反應過于激烈時，可將其插入深一些，多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。(4)能量輸出核燃料裂變釋放的能量使反應區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆外循環(huán)流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。說明：核裂變是可以控制的，如核電站的建立和應用。二、核聚變1．定義兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的核反應叫作核聚變。2．舉例eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。3．條件(1)輕核的距離要達到10－15m以內。(2)需要加熱到很高的溫度，因此又叫熱核反應。4．優(yōu)點(1)輕核聚變產能效率高。(2)地球上聚變燃料的儲量豐富。(3)輕核聚變更為安全、清潔。5．約束方法磁約束和慣性約束。小試牛刀1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)鈾核的裂變是一種天然放射現(xiàn)象。 ()(2)鈾塊的質量大于臨界質量時鏈式反應才能不停地進行下去。 ()(3)核聚變反應中平均每個核子放出的能量比裂變時小一些。 ()2．(多選)關于重核的裂變，以下說法正確的是()A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量B．中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應C．重核裂變釋放出大量能量，產生明顯的質量虧損，但核子數(shù)不變D．重核裂變?yōu)橹械荣|量的核時，放出核能3．(多選)下列關于聚變的說法中正確的是()A．要使聚變產生，必須克服庫侖斥力做功B．輕核聚變需要幾百萬攝氏度的高溫，因此聚變又叫作熱核反應C．原子彈爆炸能產生幾百萬攝氏度的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應D．自然界中不存在天然的熱核反應〖課堂探究〗一、對核裂變和鏈式反應的理解思考1如圖所示為重核裂變的鏈式反應。試探究：(1)什么是鏈式反應？(2)鏈式反應中的臨界體積指什么？1．鈾核的裂變和裂變方程(1)核子受激發(fā)：當中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復核，復核中由于核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀。(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時放出2或3個中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會不斷地進行下去，釋放出越來越多的核能。(3)常見的裂變方程：①eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n②eq\o\al(235,95)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n。2．鏈式反應的條件(1)鈾塊的體積大于臨界體積。(2)鈾塊的質量大于臨界質量。以上兩個條件滿足一個即可。例1(多選)2017年11月17日，“中國核潛艇之父”——黃旭華獲評全國道德模范。下列有關核反應的說法正確的是()A．目前核潛艇是利用重核裂變提供動力B．重核裂變反應前后一定有質量虧損C．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)U＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n式中d＝1D．鈾核裂變后的新核比鈾核的比結合能小規(guī)律歸納對重核裂變的兩點理解(1)重核裂變是中子轟擊質量數(shù)較大的原子核，使之分裂成中等質量的原子核，同時釋放大量的能量，放出更多的中子的過程。(2)重核的裂變是放能核反應，原因是核反應前后質量有虧損，根本原因是重核的比結合能相比中等質量的核的比結合能要小。所以在重核分解為兩個中等質量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量。二、核電站與核反應堆思考2如圖是慢中子反應堆的示意圖。試探究：(1)鈾235是容易吸收快中子還是慢中子后發(fā)生裂變反應？(2)如何控制裂變反應的激烈程度？1．核電站的主要組成核電站的核心設施是核反應堆，反應堆用的核燃料是鈾235，它的主要部件列表如下：部件名稱慢化劑控制棒熱循環(huán)介質保護層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子，控制反應速度把反應堆內的熱量傳輸出去屏蔽射線，防止放射性污染2．反應堆工作原理(1)熱源：在核電站中，核反應堆是熱源，如圖為簡化的核反應堆示意圖：鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2～4%)制成，石墨、重水或普通水為慢化劑，使反應生成的快中子變?yōu)槁凶樱阌阝?35的吸收，發(fā)生裂變，慢化劑附在鈾棒周圍。反應堆示意圖(2)控制棒：鎘棒的作用是吸收中子，控制反應速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反應速度變慢，插入淺一些，吸收中子少，反應速度加快，采用電子儀器自動調節(jié)控制棒插入深度，就能控制核反應的劇烈程度。(3)冷卻劑：核反應釋放的能量大部分轉化為內能，這時通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑，在反應堆內外循環(huán)流動，把內能傳輸出去，用于推動蒸汽機，使發(fā)電機發(fā)電。發(fā)生裂變反應時，會產生一些有危險的放射性物質，很厚的水泥防護層可以防止射線輻射到外面。3．核電站發(fā)電的優(yōu)點(1)消耗的核燃料少。(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大。(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。例2每晝夜消耗220g鈾235的原子能發(fā)電站，如果效率為25%，它能產生的電功率為多大？(每個鈾核裂變時放出的能量是200MeV)三、對核聚變的理解思考3據(jù)報道，中科院離子物理所經(jīng)過八年的艱苦奮斗努力，終于率先建成了世界上第一個全超導的托克馬克試驗裝置并調試成功。這種裝置被稱為“人造太陽”(如圖所示)，它能夠承受上億攝氏度高溫且能夠控制等離子態(tài)的核子發(fā)生聚變并穩(wěn)定持續(xù)地輸出能量，就像太陽一樣為人類提供無限清潔的能源。問題探究：(1)請寫出此核聚變的方程式；(2)請說出核聚變能源的優(yōu)點。1．聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，這要克服電荷間強大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能。要使原子核具有足夠大的動能，就要給它們加熱，使物質達到幾百萬開爾文的高溫。2．輕核聚變是放能反應從比結合能的圖線看，輕核聚變后比結合能增加，因此聚變反應是一個放能反應。3．核聚變的特點(1)在消耗相同質量的核燃料時，輕核聚變比重核裂變釋放出更多的能量。(2)熱核反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產生的熱就可以使反應進行下去。(3)普遍性：熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應堆。4．核聚變的應用(1)核武器——氫彈：一種不需要人工控制的輕核聚變反應裝置。它利用彈體內的原子彈爆炸產生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。(2)可控熱核反應：目前處于探索階段。5．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別比較項目重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質量的原子核，放出核能兩個輕核結合成質量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的能量大約要大3～4倍燃料儲量情況聚變燃料儲量豐富核廢料處理難度聚變反應的核廢料處理要比裂變反應容易得多例3氘核(eq\o\al(2,1)H)和氚核(eq\o\al(3,1)H)結合成氦核(eq\o\al(4,2)He)的核反應方程如下：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV(1)這個核反應稱為________。(2)要發(fā)生這樣的核反應，需要將反應物質的溫度加熱到幾百萬開爾文。式中17.6MeV是核反應中________(選填“放出”或“吸收”)的能量，核反應后生成物的總質量比核反應前物質的總質量________(選填“增加”或“減少”)了________kg(保留一位有效數(shù)字)。規(guī)律歸納(1)核聚變反應和一般的核反應一樣，也遵循電荷數(shù)和質量數(shù)守恒，這是書寫核反應方程式的重要依據(jù)。(2)核能的計算關鍵是要求出核反應過程中的質量虧損，然后代入ΔE＝Δmc2進行計算。〖課堂達標〗1．下列方程中，表示核裂變的是()A．eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))HeB．eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(139),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(94),\s\do1(36))Kr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nC．eq\o\al(\s\up1(30),\s\do1(15))P→eq\o\al(\s\up1(30),\s\do1(14))Si＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eD．eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(17),\s\do1(8))O＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H2．下列方程中屬于核聚變的是()A．eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nB．eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋eq\o\al(\s\up1(24),\s\do1(12))Mg→eq\o\al(\s\up1(24),\s\do1(11))Na＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))HC．eq\o\al(\s\up1(60),\s\do1(27))Co→eq\o\al(\s\up1(60),\s\do1(28))Ni＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))eD．eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(137),\s\do1(55))Cs＋eq\o\al(\s\up1(88),\s\do1(37))Rb＋11eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n3．(多選)重核裂變和輕核聚變是人們獲得核能的兩個途徑，下列說法中正確的是()A．裂變過程質量增加 B．裂變過程質量虧損C．裂變過程和聚變過程都有質量增加 D．聚變過程有質量虧損4．(多選)關于鈾核裂變，下列說法正確的是()A．鈾核裂變的產物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核B．鈾核裂變時還能同時釋放2～3個中子C．為了使裂變的鏈式反應容易進行，最好用鈾235而不用鈾238D．鈾塊的體積對產生鏈式反應無影響

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁小試牛刀1．×√×2．〖答案〗CD〖解析〗核裂變釋放的能量來源于裂變過程的質量虧損，是核能轉化為其他形式能的過程，其能量遠大于俘獲中子時吸收的能量，A錯誤，D正確；發(fā)生鏈式反應是有條件的，鈾塊的體積必須大于其臨界體積，否則中子從鈾塊中穿過時，可能碰不到原子核，則不會發(fā)生鏈式反應，B錯誤；重核裂變時，核子數(shù)守恒，C正確。3.〖答案〗ABC〖解析〗輕核聚變時，必須使輕核之間距離達到10－15m以內，所以必須克服庫侖斥力做功，A正確；原子核必須有足夠的動能，才能使它們接近到核力能發(fā)生作用的范圍，實驗證實，原子核必須處在幾百萬攝氏度下才有這樣的能量，這樣高的溫度通常利用原子彈爆炸獲得，B、C正確；在太陽內部或其他恒星內部都進行著熱核反應，D錯誤。〖課堂探究〗思考1〖答案〗(1)重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程叫鏈式反應。(2)能發(fā)生鏈式反應的最小體積叫臨界體積，相應的質量叫臨界質量。例1〖答案〗AB〖解析〗目前核潛艇是利用重核裂變提供動力，選項A正確；重核裂變要釋放核能，則反應前后一定有質量虧損，選項B正確；根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，該核反應中的d＝2，選項C錯誤；鈾核不如裂變后生成的新核穩(wěn)定，可知鈾核的比結合能比裂變后生成的新核的比結合能小，選項D錯誤。思考2〖答案〗(1)慢中子。(2)控制棒由鎘做成，當反應過于激烈時，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，反之，應使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈式反應的速度就會快一些。例2〖解析〗一晝夜消耗的鈾所能產生的核能為：ΔE＝200×eq\f(220,235)×6.02×1023×106×1.6×10－19J＝1.8×1013J電功率P＝ηeq\f(ΔE,t)＝eq\f(1.80×1013×25%,24×3600)W＝5.2×107W。〖答案〗5.2×107W思考3〖答案〗(1)核聚變方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV(2)優(yōu)點：①產能效率高②核燃料儲量豐富③安全、清潔。例3〖解析〗在輕核聚變反應中，由于質量虧損，放出核能，由ΔE＝Δmc2，可以求得Δm＝eq\f(ΔE,c2)≈3×10－29kg。〖答案〗(1)核聚變(2)放出減少3×10－29〖課堂達標〗1．〖答案〗B〖解析〗A和C表示的是原子核衰變，B表示的是原子核裂變，D表示的是原子核的人工轉變，B正確。2．〖答案〗A〖解析〗A是核聚變，正確；B是原子核的人工轉變，錯誤；C是原子核的β衰變，錯誤；D是核裂變，錯誤。3〖答案〗BD〖解析〗重核裂變和輕核聚變都能釋放巨大的能量，由愛因斯坦質能方程知兩過程均會有質量虧損。4.〖答案〗BC〖解析〗鈾核受到中子的轟擊，會引起核裂變，放出2～3個中子，裂變的產物是多樣的，具有極大的偶然性，只是裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，A錯誤，B正確；鈾235受慢中子的轟擊時，裂變的概率大，而鈾238只有俘獲能量在1MeV以上的中子才能引起裂變，且裂變的概率小，C正確；而要引起鏈式反應，需使鈾塊體積超過臨界體積，D錯誤。5.4核裂變與核聚變〖學習目標〗1．知道核裂變與核聚變及鏈式反應的基本概念，了解原子彈、核反應堆、聚變反應條件的內容。2.掌握鏈式反應及核聚變釋放能量的計算，理解核電站的工作原理，掌握輕核聚變的條件，提高分析、解決問題的能力。3.通過對鏈式反應的探究，理解原子彈、核反應堆的原理，體會熱核反應的條件。4.學習科學家們研究問題的方法，堅持實事求是的科學態(tài)度，體驗其工作的艱辛，激發(fā)探索未來科學的熱情。〖知識梳理〗一、核裂變1．核裂變的發(fā)現(xiàn)(1)核裂變重核被中子轟擊后分裂成兩個質量差不多的新原子核，并放出核能的過程。(2)鈾核裂變用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產物是多種多樣的，其中一種典型的反應是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。(3)鏈式反應當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續(xù)下去，這種由重核裂變產生的中子使核裂變反應一代一代繼續(xù)下去的過程，叫作核裂變的鏈式反應。(4)鏈式反應的條件發(fā)生裂變物質的體積大于臨界體積或裂變物質的質量大于臨界質量。2．反應堆與核電站(1)核能釋放的控制通過可控制的鏈式反應實現(xiàn)核能釋放的裝置稱為核反應堆。(2)慢化劑反應堆中，為了使裂變產生的快中子減速，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，常用的慢化劑有石墨、重水和普通水(也叫輕水)。(3)控制棒為了控制反應速度，還需要在鈾棒之間插進一些鎘棒，它吸收中子的能力很強，反應過于激烈時，可將其插入深一些，多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。(4)能量輸出核燃料裂變釋放的能量使反應區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆外循環(huán)流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。說明：核裂變是可以控制的，如核電站的建立和應用。二、核聚變1．定義兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的核反應叫作核聚變。2．舉例eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。3．條件(1)輕核的距離要達到10－15m以內。(2)需要加熱到很高的溫度，因此又叫熱核反應。4．優(yōu)點(1)輕核聚變產能效率高。(2)地球上聚變燃料的儲量豐富。(3)輕核聚變更為安全、清潔。5．約束方法磁約束和慣性約束。小試牛刀1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)鈾核的裂變是一種天然放射現(xiàn)象。 ()(2)鈾塊的質量大于臨界質量時鏈式反應才能不停地進行下去。 ()(3)核聚變反應中平均每個核子放出的能量比裂變時小一些。 ()2．(多選)關于重核的裂變，以下說法正確的是()A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量B．中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應C．重核裂變釋放出大量能量，產生明顯的質量虧損，但核子數(shù)不變D．重核裂變?yōu)橹械荣|量的核時，放出核能3．(多選)下列關于聚變的說法中正確的是()A．要使聚變產生，必須克服庫侖斥力做功B．輕核聚變需要幾百萬攝氏度的高溫，因此聚變又叫作熱核反應C．原子彈爆炸能產生幾百萬攝氏度的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應D．自然界中不存在天然的熱核反應〖課堂探究〗一、對核裂變和鏈式反應的理解思考1如圖所示為重核裂變的鏈式反應。試探究：(1)什么是鏈式反應？(2)鏈式反應中的臨界體積指什么？1．鈾核的裂變和裂變方程(1)核子受激發(fā)：當中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復核，復核中由于核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀。(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時放出2或3個中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會不斷地進行下去，釋放出越來越多的核能。(3)常見的裂變方程：①eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n②eq\o\al(235,95)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n。2．鏈式反應的條件(1)鈾塊的體積大于臨界體積。(2)鈾塊的質量大于臨界質量。以上兩個條件滿足一個即可。例1(多選)2017年11月17日，“中國核潛艇之父”——黃旭華獲評全國道德模范。下列有關核反應的說法正確的是()A．目前核潛艇是利用重核裂變提供動力B．重核裂變反應前后一定有質量虧損C．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)U＋eq\o\al(94,38)Sr＋deq\o\al(1,0)n式中d＝1D．鈾核裂變后的新核比鈾核的比結合能小規(guī)律歸納對重核裂變的兩點理解(1)重核裂變是中子轟擊質量數(shù)較大的原子核，使之分裂成中等質量的原子核，同時釋放大量的能量，放出更多的中子的過程。(2)重核的裂變是放能核反應，原因是核反應前后質量有虧損，根本原因是重核的比結合能相比中等質量的核的比結合能要小。所以在重核分解為兩個中等質量核的過程中要釋放能量，而且釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量。二、核電站與核反應堆思考2如圖是慢中子反應堆的示意圖。試探究：(1)鈾235是容易吸收快中子還是慢中子后發(fā)生裂變反應？(2)如何控制裂變反應的激烈程度？1．核電站的主要組成核電站的核心設施是核反應堆，反應堆用的核燃料是鈾235，它的主要部件列表如下：部件名稱慢化劑控制棒熱循環(huán)介質保護層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子，控制反應速度把反應堆內的熱量傳輸出去屏蔽射線，防止放射性污染2．反應堆工作原理(1)熱源：在核電站中，核反應堆是熱源，如圖為簡化的核反應堆示意圖：鈾棒是燃料，由天然鈾或濃縮鈾(鈾235的含量占2～4%)制成，石墨、重水或普通水為慢化劑，使反應生成的快中子變?yōu)槁凶樱阌阝?35的吸收，發(fā)生裂變，慢化劑附在鈾棒周圍。反應堆示意圖(2)控制棒：鎘棒的作用是吸收中子，控制反應速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反應速度變慢，插入淺一些，吸收中子少，反應速度加快，采用電子儀器自動調節(jié)控制棒插入深度，就能控制核反應的劇烈程度。(3)冷卻劑：核反應釋放的能量大部分轉化為內能，這時通過水、液態(tài)鈉等作冷卻劑，在反應堆內外循環(huán)流動，把內能傳輸出去，用于推動蒸汽機，使發(fā)電機發(fā)電。發(fā)生裂變反應時，會產生一些有危險的放射性物質，很厚的水泥防護層可以防止射線輻射到外面。3．核電站發(fā)電的優(yōu)點(1)消耗的核燃料少。(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大。(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。例2每晝夜消耗220g鈾235的原子能發(fā)電站，如果效率為25%，它能產生的電功率為多大？(每個鈾核裂變時放出的能量是200MeV)三、對核聚變的理解思考3據(jù)報道，中科院離子物理所經(jīng)過八年的艱苦奮斗努力，終于率先建成了世界上第一個全超導的托克馬克試驗裝置并調試成功。這種裝置被稱為“人造太陽”(如圖所示)，它能夠承受上億攝氏度高溫且能夠控制等離子態(tài)的核子發(fā)生聚變并穩(wěn)定持續(xù)地輸出能量，就像太陽一樣為人類提供無限清潔的能源。問題探究：(1)請寫出此核聚變的方程式；(2)請說出核聚變能源的優(yōu)點。1．聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，這要克服電荷間強大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能。要使原子核具有足夠大的動能，就要給它們加熱，使物質達到幾百萬開爾文的高溫。2．輕核聚變是放能反應從比結合能的圖線看，輕核聚變后比結合能增加，因此聚變反應是一個放能反應。3．核聚變的特點(1)在消耗相同質量的核燃料時，輕核聚變比重核裂變釋放出更多的能量。(2)熱核反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產生的熱就可以使反應進行下去。(3)普遍性：熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應堆。4．核聚變的應用(1)核武器——氫彈：一種不需要人工控制的輕核聚變反應裝置。它利用彈體內的原子彈爆炸產生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。(2)可控熱核反應：目前處于探索階段。5．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別比較項目重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質量的原子核，放出核能兩個輕核結合成質量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的能量大約要大3～4倍燃料儲量情況聚變燃料儲量豐富核廢料處理難度聚變反應的核廢料處理要比裂變反應容易得多例3氘核(eq\o\al(2,1)H)和氚核(eq\o\al(3,1)H)結合成氦核(eq\o\al(4,2)He)的核反應方程如下：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV(1)這個核反應稱為________。(2)要發(fā)生這樣的核反應，需要將反應物質的溫度加熱到幾百萬開爾文。式中17.6MeV是核反應中________(選填“放出”或“吸收”)的能量，核反應后生成物的總質量比核反應前物質的總質量________(選填“增加”或“減少”)了________kg(保留一位有效數(shù)字)。規(guī)律歸納(1)核聚變反應和一般的核反應一樣，也遵循電荷數(shù)和質量數(shù)守恒，這是書寫核反應方程式的重要依據(jù)。(2)核能的計算關鍵是要求出核反應過程中的質量虧損，然后代入ΔE＝Δmc2進行計算。〖課堂達標〗1．下列方程中，表示核裂變的是()A．eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(234),\s\do1(90))Th＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))HeB．eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(139),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(94),\s\do1(36))Kr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nC．eq\o\al(\s\up1(30),\s\do1(15))P→eq\o\al(\s\up1(30),\s\do1(14))Si＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))eD．eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→eq\o\al(\s\up1(17),\s\do1(8))O＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H2．下列方程中屬于核聚變的是()A．eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nB．eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋eq\o\al(\s\up1(24),\s\do1(12))Mg→eq\o\al(\s\up1(24),\s\do1(11))Na＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))HC．eq\o\al(\s\up1(60),\s\do1(27))Co→eq\o\al(\s\up1(60),\s\do1(28))Ni＋eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(－1))eD．eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(137),\s\do1(55))Cs＋eq\o\al(\s\up1(88),\s\do1(37))Rb＋11eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n3．(多選)重核裂變和輕核聚變是人們獲得核能的兩個途徑，下列說法中正確的是()A．裂變過程質量增加 B．裂變過程質量虧損C．裂變過程和聚變過程都有質量增加 D．聚變過程有質量虧損4．(多選)關于鈾核裂變，下列說法正確的是()A．鈾核裂變的產物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核B．鈾核裂變時還能同時釋放2～3個中子C．為了使裂變的鏈式反應容易進行，最好用鈾235而不用鈾238D．鈾塊的體積對產生鏈式反應無影響

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁小試牛刀1．×√×2．〖答