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1、第五节裂变和聚变第五节裂变和聚变第四章第四章 原子核原子核 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接学学 习习目目 标标1知道什么是核裂变知道什么是核裂变2知道链式反应知道链式反应，并能计算核裂变释放的核能并能计算核裂变释放的核能3掌握核聚变的定义及发生条件掌握核聚变的定义及发生条件4能计算核聚变释放的能量能计算核聚变释放的能量 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接核裂变与链式反应核裂变与链式反应(1)铀核裂变是如何发生的？铀核裂变是如何发生的？(2)铀核裂变在自然界中能自发进行吗？铀核裂变在自然界中能自发进行吗？提示：提示：(1)铀核的裂变铀核的裂变 核核子子受受激激
2、发发：当当中中子子进进入入铀铀235后后，便便形形成成了了处处于于激激发发状状态态的的复复核核，复复核核中中由由于于核核子子的的激激烈烈运运动动，使使核核变变成成不不规规则则的的形状形状 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 核核子子分分裂裂：核核子子间间的的距距离离增增大大，因因而而核核力力迅迅速速减减弱弱，使使得得原原子子核核由由于于质质子子间间的的斥斥力力作作用用而而分分裂裂成成几几块块，同同时时放放出出23个个中中子子，这这些些中中子子又又引引起起其其他他铀铀核核裂裂变变，这这样样，裂变反应一代接一代继续下去裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应，形成链式反应(2)重重
3、核核的的裂裂变变只只能能发发生生在在人人为为控控制制的的核核反反应应中中，自自然然界界不不会会自自发发地地发发生生铀铀核核裂裂变变不不会会自自发发地地进进行行，要要使使铀铀核核裂裂变变，首首先先要要利利用用中中子子轰轰击击铀铀核核，使使铀铀核核分分裂裂，分分裂裂产产生生更更多多的的中中子子，这这些些中中子子继继续续与与其其他他铀铀核核发发生生反反应应，再再引起新的裂变引起新的裂变，这样就形成了链式反应这样就形成了链式反应 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 1核裂变核裂变(1)概概念念：较较重重的的一一个个核核分分裂裂成成两两个个较较轻轻的的核核时时，会会释释放放出出能量，这种核反应叫做
4、核裂变能量，这种核反应叫做核裂变(2)铀铀核核裂裂变变分分析析：核核子子受受激激发发：当当中中子子进进入入铀铀235后后，便便形形成成了了处处于于激激发发状状态态的的复复核核，复复核核中中由由于于核核子子的的激激烈烈运运动动，使使核核变变成成不不规规则则的的形形状状核核子子分分裂裂：核核子子间间的的距距离离增增大大，因因而而核核力力迅迅速速减减弱弱，使使得得原原子子核核由由于于质质子子间间的的斥斥力力作作用用而而分分裂裂成成几几块块，同同时时放放出出23个个中中子子，这这些些中中子子又又引引起起其其他他铀铀核核裂裂变变，这这样样，裂裂变变就就会会不不断断地地进进行行下下去去，释释放放出越来越多
5、的核能出越来越多的核能 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接能能量量：铀铀核核裂裂变变为为中中等等质质量量的的原原子子核核，发发生生质质量量亏亏损损，所所以以放放出出能能量量一一般般说说来来，平平均均每每个个核核子子放放出出的的能能量量约约为为1 MeV，1 kg铀铀235全全部部裂裂变变放放出出的的能能量量相相当当于于2 800 t优优质质煤燃烧时释放的能量煤燃烧时释放的能量(3)铀铀235和铀和铀238的比较的比较在在天天然然铀铀中中，99.3%的的是是 ，0.7%的的是是 ，虽虽然然中中子子都都能能引引起起这这两两种种铀铀核核发发生生裂裂变变，但但它它们们和和中中子子作作用
6、用的的情况明显不同情况明显不同 俘俘获获各各种种能能量量的的中中子子都都会会发发生生裂裂变变，且且俘俘获获低低能能量的中子发生裂变的概率大量的中子发生裂变的概率大 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 只只有有在在俘俘获获的的中中子子的的能能量量大大于于1 MeV时时才才能能发发生生核核反反应应，且且裂裂变变的的几几率率较较小小对对于于低低于于1 MeV的的中中子子只只与与铀铀核核发发生弹性碰撞，不能引起核反应生弹性碰撞，不能引起核反应2链式反应链式反应(1)定定义义：发发生生裂裂变变时时，为为了了让让核核裂裂变变过过程程自自己己持持续续下下去去，源源不断地将核能释放出来，这样的
7、核反应叫做链式反应源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做链式反应(2)示意图：如图所示示意图：如图所示 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接3链式反应发生的条件链式反应发生的条件(1)铀铀块块的的体体积积大大于于临临界界体体积积体体积积超超过过临临界界体体积积时时，保保证证中子能够碰到铀核中子能够碰到铀核(2)有足够浓度的铀有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子有足够数量的慢中子4注意注意(1)重重核核的的裂裂变变只只能能发发生生在在人人为为控控制制的的核核反反应应中中，自自然然界界不不会会自自发发地地产产生生如如铀铀核核裂裂变变不不能能自自发发地地进进行行，要要使使
8、铀铀核核裂裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂 (2)重重核核裂裂变变反反应应速速度度很很快快，不不加加控控制制的的话话，能能量量在在很很短短的的瞬瞬间间急急剧剧释释放放如如果果采采用用其其他他方方法法对对反反应应速速度度加加以以控控制制就就可可以以和和平平地地利利用用这这种种巨巨大大的的核核能能核核电电站站就就是是可可控控的的链链式式反反应应 关于重核的裂变，下列说法正确的是关于重核的裂变，下列说法正确的是()A核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B重重核核裂裂变变时时释释放放出出大大量量的的能能量
9、量，产产生生明明显显的的质质量量亏亏损损，所以核子数减少所以核子数减少C铀铀核核自自发发放放出出粒粒子子、粒粒子子时时要要释释放放能能量量，核核电电站站利利用用的就是这一能量的就是这一能量 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接D重重核核的的比比结结合合能能小小于于中中等等质质量量核核的的比比结结合合能能，所所以以重重核核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损解解析析：核核电电站站利利用用的的是是裂裂变变链链式式反反应应所所放放出出的的核核能能原原子子核核的的衰衰变变以以及及人人工工核核反反应应也也要要释释放放核核能能，但但天天然然衰衰
10、变变进进行行得得非非常常缓缓慢慢，放放出出的的能能量量也也很很小小，且且人人工工无无法法控控制制，实实用用价价值值不不大大，原原子子核核的的人人工工转转变变也也放放出出能能量量，但但作作为为“炮炮弹弹”的的粒粒子子击击中中原原子子核核的的机机会会太太少少，这这种种做做法法得得不不偿偿失失所所以以核核能能的的获获取取主主要要是是通通过过裂裂变变或或聚聚变变的的途途径径比比结结合合能能是是核核子子结结合合成成原原子子核核时时每每个个核核子子平平均均放放出出的的能能量量，或或原原子子核核拆解成单个核子时每个核子平均吸收的能量拆解成单个核子时每个核子平均吸收的能量重重核核的的比比结结合合能能小小于于中
11、中等等质质量量核核的的比比结结合合能能，即即将将重重核核分分成成核核子子时时比比中中等等质质量量核核分分成成核核子子时时每每个个核核子子平平均均吸吸收收的的能能量量小小些些，可可见见由由重重核核裂裂变变成成两两个个中中等等质质量量的的核核要要放放出出能能量量，选选项项D正正确确铀铀核核裂裂变变放放出出的的能能量量是是原原子子核核的的核核能能，而而不不是是中中子子具具有有的的动动能能，选选项项A错错误误裂裂变变过过程程遵遵守守质质量量数数、电电荷荷数数守守恒恒规规律律，B错错误误衰衰变变是是自自发发的的现现象象，铀铀核核衰衰变变后后的的新新核核仍仍是重核是重核，而核电站利用的是裂变核能而核电站利
12、用的是裂变核能，选项选项C错误错误答案：答案：D方方法法总总结结：重重核核发发生生裂裂变变的的条条件件是是：(1)要要俘俘获获慢慢中中子子；(2)铀铀块块的的体体积积要要大大于于临临界界体体积积重重核核裂裂变变放放能能的的原原因因是是：重重核核核子的平均质量大于中等核核子的平均质量核子的平均质量大于中等核核子的平均质量 课堂训练课堂训练1裂变反应中释放出的能量来自于裂变反应中释放出的能量来自于(D)A核子消失转化为能量核子消失转化为能量B原子中电子与原子核的电势能减小原子中电子与原子核的电势能减小C入射的中子消失转化为能量入射的中子消失转化为能量D原子核的平均结合能变大原子核的平均结合能变大，
13、释放出能量释放出能量解解析析：发发生生核核反反应应过过程程中中，核核子子数数保保持持守守恒恒，中中子子未未消消失失，故故A、C错错误误能能量量来来自自于于原原子子核核内内部部，因因重重核核在在分分裂裂为为中中等等质质量量的的原原子子核核时时，平平均均结结合合能能增增加加而而释释放放出出能能量量，C错错误误，D正确正确轻核聚合轻核聚合人们获得核能的途径有哪些？人们获得核能的途径有哪些？提示：提示：获得核能的主要途径：一是重核裂变获得核能的主要途径：一是重核裂变，二是轻核聚变二是轻核聚变1核聚变核聚变(1)概概念念：两两个个轻轻核核聚聚合合成成一一个个较较重重的的核核时时，会会释释放放出出能能量量
14、，这种核反应叫做核聚变这种核反应叫做核聚变 (2)发发生生的的条条件件要要使使轻轻核核聚聚变变，必必须须使使轻轻核核接接近近核核力力发发生生作作用用的的距距离离 m，这这要要克克服服电电荷荷间间强强大大的的斥斥力力作作用用，要要求求使使轻核具有足够大的动能轻核具有足够大的动能2热核反应热核反应(1)概概念念：要要使使轻轻核核聚聚变变，就就要要求求使使轻轻核核具具有有足足够够大大的的动动能能，给给轻轻核核加加热热到到很很高高的的温温度度，当当物物质质达达到到几几百百万万度度以以上上的的高高温温时时，一一部部分分原原子子核核就就具具有有足足够够的的动动能能而而发发生生聚聚变变，因因此此核核聚聚变又
15、叫热核反应变又叫热核反应(2)热热核核反反应应的的优优点点(与与裂裂变变相相比比)产产生生的的能能量量大大；反反应应后后生生成成的的放放射射性性物物质质易易处处理理；热热核核反反应应的的燃燃料料在在地地球球上上储储量丰富量丰富 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 (3)热核反应的两种方式：热核反应的两种方式：爆炸式热核反应；爆炸式热核反应；受控式热核反应受控式热核反应(目前正处于探索、实验阶段目前正处于探索、实验阶段)3核聚变与核裂变的区别核聚变与核裂变的区别(1)原理不同原理不同重重核核的的裂裂变变是是重重核核裂裂变变成成几几个个中中等等质质量量的的原原子子核核，放放出出能能
16、量量，而而聚聚变变是是几几个个轻轻核核聚聚变变(结结合合)成成一一个个中中等等质质量量的的原子核，放出巨大的能量原子核，放出巨大的能量 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 (2)放放出出能能量量的的大大小小不不同同重重核核裂裂变变时时，平平均均每每个个核核子子释释放放的的能能量量约约为为1兆兆电电子子伏伏，而而轻轻核核的的聚聚变变，平平均均每每个个核核子子释释放放出出3兆电子伏以上的能量，即聚变比裂变能放出更多的能量兆电子伏以上的能量，即聚变比裂变能放出更多的能量(3)废废料料处处理理难难度度不不同同裂裂变变产产生生的的废废料料处处理理起起来来比比较较困困难难，而热核反应的废料
17、处理要简单得多而热核反应的废料处理要简单得多(4)“燃燃料料”的的丰丰富富程程度度不不同同热热核核反反应应所所需需要要的的“燃燃料料”氘氘在在地地球球上上非非常常丰丰富富，1升升海海水水中中大大约约有有0.03克克氘氘，如如果果用用来来进进行行热热核核反反应应，放放出出的的能能量量约约和和燃燃烧烧300升升汽汽油油相相当当而而裂裂变变燃燃料料铀铀在在地地球球上上储储量量有有限限，尤尤其其是是用用于于核核裂裂变变的的铀铀235，在在铀铀矿矿中中仅仅占占0.7%，相相比比起起来来聚聚变变的的燃燃料料氘氘要要丰丰富富得得多我国是一个多我国是一个“贫铀贫铀”国家，贮藏量不多国家，贮藏量不多 目标篇目标
18、篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接(5)两种反应的可控制性不同两种反应的可控制性不同裂裂变变反反应应速速度度可可以以比比较较容容易易地地进进行行人人工工控控制制，因因此此，现现在在国国际际上上的的核核电电站站都都是是利利用用裂裂变变放放出出能能量量，而而聚聚变变反反应应的的可可控控制制性性比比较较困困难难，世世界界上上许许多多国国家家都都积积极极研研究究可可控控热热核核反反应应的的理理论和技术论和技术 以下说法正确的是以下说法正确的是()A聚变是裂变的逆反应聚变是裂变的逆反应B如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C聚聚变变须须将将反反应应物物加
19、加热热至至数数百百万万开开尔尔文文以以上上的的高高温温，显显然然是是吸收能量吸收能量D裂变与聚变均可释放巨大的能量裂变与聚变均可释放巨大的能量 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接解解析析：A选选项项从从形形式式上上看看，裂裂变变与与聚聚变变似似乎乎是是互互为为逆逆反反应应，但但其其实实不不然然，因因为为二二者者的的反反应应物物和和生生成成物物完完全全不不同同裂裂变变是是重重核核分分裂裂成成中中等等核核，而而聚聚变变则则是是轻轻核核聚聚合合成成为为次次轻轻核核，无无直直接接关关联联，并并非非互互为为逆逆反反应应B选选项项既既然然裂裂变变与与聚聚变变不不是是互互为为逆逆反反应应，则
20、则在在能能量量流流向向上上也也不不必必相相反反C选选项项要要实实现现聚聚变变反反应应，必必须须使使参参加加反反应应的的轻轻核核充充分分接接近近，需需要要数数百百万万开开尔尔文文的的高高温温提提供供能能量量但但聚聚变变反反应应一一旦旦实实现现，所所释释放放的的能能量量远远大大于于所所吸吸收收的的能能量量因因此此，总总的的来来说说，聚聚变变反反应应还是释放能量还是释放能量答案：答案：D 课堂训练课堂训练2(多多选选)据据新新华华社社报报道道，由由我我国国自自行行设设计计、研研制制的的世世界界第第一一套套全全超超导导核核聚聚变变实实验验装装置置(又又称称“人人造造太太阳阳”)已已完完成成了了首首次工
21、程调试下列关于次工程调试下列关于“人造太阳人造太阳”的说法正确的是的说法正确的是(AC)A“人造太阳人造太阳”的核反应方程是的核反应方程是B“人造太阳人造太阳”的核反应方程是的核反应方程是C“人造太阳人造太阳”释放的能量大小的计算公式是释放的能量大小的计算公式是ED“人造太阳人造太阳”核能大小的计算公式是核能大小的计算公式是E解解析析： “人人造造太太阳阳”发发生生的的是是氢氢核核聚聚变变，所所以以核核反反应应方方程程式式为为 ，而而B选选项项中中的的核核反反应应是是核核裂裂变变，故故错错误误；“人人造造太太阳阳”释释放放的的能能量量大大小小的的计计算算公公式式是是E ，而而核核能能大大小小的的计计算算公公式式为为E ，D错误错误，故选项故选项A、C正确正确
