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1、5.4核能利用与社会发展学习目标重点难点1知道核能的优越性。2知道核安全的防护措施与核废料的处理方法。3通过核能利用，思考科学技术与社会的关系。重点：核安全的防护措施。难点：科学技术的双面效应。一、核能的优越性1核燃料提供的能量巨大；2核燃料储量丰富；3核燃料的运输、储存方便；4使用核燃料清洁、卫生，对环境污染小。预习交流1为什么说核燃料提供的能量巨大？答案：计算表明，1 kg铀全部裂变释放的能量相当于2 700 t标准煤完全燃烧放出的能量，地球上所有的常规能源都无法跟核能相比。二、核安全与核废料的处理1核电站为了确保安全，防止放射性物质的泄露，设置了4道安全屏障：（1）二氧化铀陶瓷体燃料芯块
2、，可以把98%以上的裂变产物滞留在芯块内，不向外释放。（2）性能良好的锆合金包壳把燃料芯块密封在其中，能够经受各种工作情况的考验，保证密封良好。（3）反应堆压力容器和冷却回路构成的压力边界保证结构的完整性。（4）由钢筋水泥构成的安全壳，能承受事故发生的压力并保证密封良好，防止放射性物质外泄。2废料处理方法（1）后处理技术：从用过的核燃料中回收铀、钚等，这样可以收回97%的核燃料，只需处理其他3%的放射性废料。（2）固化处理：低、中放射性废料用沥青固化或水泥固化后，储藏于地下浅层废料库；高放射性废料用玻璃固化后，储藏于地下深层废料库。预习交流2核物理学家卢瑟福在1915年说：“我希望人们在学会和
3、平相处之前，不要释放镭的内部力量。”你是怎样理解卢瑟福的这句话的含义的？答案：核能力量巨大，若用于建设、改善人类生活，是很好的；但若是利用核能制作武器，也是杀伤力最大的。这句话充分彰显了卢瑟福作为一个科学家对人类负责的伟大情怀。一、核能的优越性为什么说核能的使用比常规化能源清洁卫生？答案：常规化能源燃烧时要排放大量二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、煤渣及烟灰等，它们都是造成温室效应和酸雨的罪魁祸首，煤中还含有少量的放射性物质，如铀、钍、镭等。核电站不排放二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等造成温室效应和酸雨的气体及烟尘。只要设计良好、管理完善，就不会发生核泄漏。关于核电站以下说法正确的是（）。A核电站中
4、的核反应是无法控制的B目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核聚变C采用增殖反应堆可以使核原料充分利用D核电站使用过的核燃料还可以在火力发电厂中二次利用答案：C解析：目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核裂变，其反应是可以通过控制棒控制反应速度的，A、B均错。采用增殖反应堆可以充分利用铀235之外的原料从而放出更多的能量，C对。核废料具有放射性，不能再通过燃烧的方式二次发电，D错。核能比常规能源有4大明显优势，所以世界各国大力发展核能，目前世界各国已建成400多座核电站，发电量占世界总发电量的17%以上。二、核安全问题2011年3月11日，日本因地震及海啸导致了福岛核电站1号反应堆发生了核泄
5、漏，对电站附近居民和海洋产生了一定程度的核辐射污染。核电站的安全性问题的严峻性再次刺激着人类的神经。那么，核电站的核反应堆有几道安全屏障？答案：核反应堆为确保安全设置了4道安全屏障：陶瓷燃料芯块、锆合金包壳、压力边界、水泥钢筋构成的安全壳。关于核能的利用，下列说法正确的是（）。A核电站的反应堆将释放的核能转化为蒸汽的内能，再转化为电能B采用“内爆法”促使链式反应，做成的原子弹设计难度大，但燃料利用率高C核电站对环境的污染比燃煤发电大D核燃料的危害主要是其具有放射性答案：ABD解析：核电站的能量转化过程为核能到内能再到电能，A正确。“内爆法”难度大，但燃料利用率高，B正确。核电站不排放二氧化碳、
6、氮氧化物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘，有利于环境保护，C错误。放射性对人体和环境都有危害，D正确。核能的实际应用有两个方面：1少数国家拥有的核武器，核武器是很有毁灭性的武器，联合国通过一系列条约和协定，限制各国制造和使用核武器，甚至要求全面销毁核武器。2多数国家建设的核电站。和平利用核能，是人类为摆脱日益紧张的能源危机而寻找到的一条有效途径，虽然在和平利用核能的过程，有过意外的核泄漏，如前苏联切尔诺贝利核电站核泄漏事故和最近的日本福岛核泄漏事故，但这不会影响和平利用核能的努力，只是提醒了人们在和平利用核能时更加注重安全性。1关于核能的利用，下列说法正确的是（）。A现在的核电站既有裂变反应堆
7、也有聚变反应堆B在地球上，人类还无法实现聚变反应C当人类实现了受控核聚变，稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机”D世界现有核电站能够进行聚变反应而输出电能答案：C解析：现有核电站均为重核裂变反应释放能量，而裂变反应和聚变反应的条件不同，现在的核电站不能进行聚变反应，故A、D错误；虽然人类已经掌握了聚变反应的技术。但还不能实现大规模的受控核聚变，故B错误；由于地球上储备有大量的聚变原料，一旦实现受控核聚变，世界将不再存在“能源危机”，故C正确。22006年9月28日，我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，
8、温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方，核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（）。A两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子B两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子C两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1m3m4）c2D与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性答案：BD解析：由核反应方程知2HHeX，X应为中子，释放的核能应为E（2m1m3m2）c2，聚变反应的污染非常小。而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D正确。3氘发生热核反应有如下四种情况，而且每种情况几率相同（大量粒子的统计规律）。HHHH4 MeVHHHen17.6 MeVHHHen3.3 MeVHeHHeH18.3 MeV1 L海水中大约有0.03 g氘，如果这些氘核完全聚变，释放的能量是多少？答案：1.041010 J解析：由题给条件知，4种情况中共有6个氘核参与反应，平均每个氘核放出的能量是7.2 MeV。1 L海水中的氘核数为6.021023个9.031021个，每升海水可放能E1.041010 J。3
