核裂變與核聚變

要點一、核裂變（一）核裂變的發(fā)現(xiàn)1．核裂變：鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)定名為核裂變。2．鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)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?zhǔn)椒磻?yīng)：中子轟擊重核發(fā)生裂變后，裂變釋放的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)生反應(yīng)，引起新的核裂變，使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，這樣的過程叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。4．臨界體積和臨界質(zhì)量：核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量。（二）反應(yīng)堆與核電站1．核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料：鈾棒；(2)慢化劑：石墨、重水和普通水(也叫輕水)；(3)控制棒：為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，它吸收中子的能力很強，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒。2．工作原理核燃料發(fā)生核裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應(yīng)堆冷卻。3．核污染的處理在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線．核廢料具有很強的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下。要點二、核聚變1．定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變。2．核反應(yīng)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。3．條件：使輕核的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)。4．宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內(nèi)部的氫核聚變成氦核釋放的核能。5．人工熱核反應(yīng)：氫彈．首先由化學(xué)炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸。6．核聚變與核裂變的比較：(1)優(yōu)點：①輕核聚變產(chǎn)能效率高；②地球上核聚變?nèi)剂想碗暗膬α控S富；③輕核聚變更為安全、清潔；(2)缺點：核聚變需要的溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。要點突破突破一：核裂變1．典型的裂變方程(1)eq\o\al(235,

92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,

54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n(2)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)n2．核能的釋放由于重核的核子的平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量原子核的核子的平均質(zhì)量，因此，鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，會發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能。3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件(1)鈾塊的體積大于或等于臨界體積；(2)有足夠濃度的鈾235；(3)有足夠數(shù)量的慢中子；4．裂變反應(yīng)的能量大?。衡櫤肆炎?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量；一個鈾235核裂變時釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的能量，裂變時能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。5．核電站的主要部件及作用組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾提供核燃料減速劑(慢化劑)石墨、重水或普通水(也叫輕水)使裂變產(chǎn)生的快中子減速控制棒鎘棒吸收中子，控制反應(yīng)速度熱交換器水或液態(tài)的金屬鈉傳輸熱量防護(hù)層厚水泥層防止放射線泄露，對人體及其他生物體造成傷害(1)消耗的核燃料少；(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采用儲量大，所能提供的能量大；(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。突破二：核聚變1．聚變發(fā)生的條件：要使輕核發(fā)生聚變，必須使輕核間的距離達(dá)到核力發(fā)生作用的距離10－15m以內(nèi)，這要克服原子核間巨大的庫侖斥力作用，使輕核具有足夠大的動能。要使原子核具有足夠大的動能，有一種方法就是給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫。2．輕核聚變是放能反應(yīng)：從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個放能反應(yīng)。3．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。4．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別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(zhì)量的原子核，放出核能兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量要大3～4倍題型一：核裂變例一．下列關(guān)于核反應(yīng)方程及描述，正確的是（）A．He+Al→P+n是居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的核反應(yīng)方程B．U→Xe+Sr+n是核聚變方程C．H+H→He+n是α衰變方程D．N+He→O+H是α衰變方程【答案】A【分析】A．該方程是居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的核反應(yīng)方程，找到了放射性的同位素30P，故A正確；B．該方程是核裂變方程，但書寫錯誤，不是核聚變方程，故B錯誤；C．該方程是輕核聚變反應(yīng)，故C錯誤；D．該方程是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程，故D錯誤。題型二：核聚變例二．能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一。下列核反應(yīng)方程及其表述都正確的是（）A．He＋Al→P＋H是原子核的人工轉(zhuǎn)變B．F＋H→O＋He是α衰變C．H＋H→He＋γ是