第五章　4　核裂变与核聚变

DIWUZHANG第五章4核裂变与核聚变1.知道什么是核裂变、核聚变和链式反应，知道链式反应和核聚变的条件(重点)。2.会书写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能(重难点)。3.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。

学习目标一、核裂变的发现二、反应堆与核电站课时对点练三、核聚变

内容索引核裂变的发现一1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1600m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？答案铀核的裂变。

梳理与总结中子

链式4.临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生

反应的

体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。5.核裂变的能量：重核裂变为中等质量的原子核、发生质量亏损，所以

能量。梳理与总结链式最小放出如图所示为核裂变示意图。思考与讨论答案

重核裂变不能自发地进行，只能发生在人工控制的核反应中，所以重核裂变不是一种天然现象。(1)重核裂变是一种天然现象吗？(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？答案

不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于或等于临界体积，才会发生链式反应。

例1√根据质量数守恒和电荷数守恒可得，K的质子数为0，质量数为1，则K是中子，故A正确；放射性物质的半衰期非常稳定，不会随着外界环境改变而改变，因此不可以通过人工手段消除，故B错误；由于该反应为放能反应，释放核能后结合能增大，因此该核反应产物的结合能之和大于核反应前反应物的结合能之和，故C错误；核反应时释放能量，总质量减小，而总质量数保持不变，故D错误。总结提升1.重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程。2.重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小。所以在重核裂变为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。

例2

答案

1.4×102MeV该核反应的质量亏损为Δm=(235.043

9+1.008

7)u-(89.907

7+135.907

2+10×1.008

7)u=0.150

7

u；释放的能量为ΔE=Δm×931.5

MeV≈1.4×102

MeV。返回反应堆与核电站二1.核电站：利用核能发电，它的核心设施是

，它的主要组成部分：反应堆组成部分材料作用裂变材料(核燃料)

(浓缩铀)提供核燃料减速剂(慢化剂)

、

或普通水(也叫轻水)使裂变产生的快中子减速控制棒_____吸收中子，控制反应速度热交换器

或液态的______传输热量防护层厚

层防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害铀棒石墨重水镉棒水金属钠水泥2.工作原理(1)核燃料发生

释放能量，使反应区温度升高。(2)能量输出：水或液态的金属钠等流体在反应堆内外

，把反应堆内的

传输出去，用于

，同时也使反应堆冷却。3.核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的

，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的

，需要装入特制的容器，

。核裂变循环流动热量发电水泥层放射性深埋地下

如图为普通核反应堆的结构示意图，通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是例3A.正常运行的反应堆，水泥防护层外能检测到大量α粒子B.中子速度越快越容易发生链式反应C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关√正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射，所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子，故A错误；中子速度越快越不容易使链式反应发生，故B错误；利用镉棒对中子吸收能力强的特点，通过改变镉棒的插入深度，从而改变中子的数量来控制反应速度，故C正确；核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关，铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同，释放能量不同，故D错误。返回核聚变三

轻核10-15温度聚变核原子弹原子弹6.核聚变与核裂变的比较(1)优点：①轻核聚变产能

；②地球上核聚变燃料氘储量

，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。(2)缺点：核聚变需要的温度太

，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。效率高丰富高

例4√

返回课时对点练四考点一重核的裂变及链式反应1.关于重核的裂变，以下说法正确的是A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B.中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C.重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核

裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能123456789101112基础对点练√123456789101112根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量，链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于或等于其临界体积，在裂变反应中核子数是不会减少的，故选D。

123456789101112√

123456789101112√123456789101112

考点二反应堆与核电站4.核反应堆不锈钢外壳内除核燃料棒和控制棒以外还通入水，这些水除了起冷却作用外还起了A.使中子减速的作用B.使中子加速的作用C.吸收放射性物质的作用D.吸收反应发出的射线的作用123456789101112√

123456789101112√123456789101112

123456789101112√123456789101112

7.(2023·莆田市高二月考)2021年5月28日，在中科院合肥物质科学研究院，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。下列关于聚变的说法正确的是A.任何两个原子核都可以发生聚变B.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小C.两个轻核结合成质量较大的核，核子的平均结合能减小D.核聚变比核裂变更为安全、清洁，是目前利用核能的主要方式123456789101112√123456789101112只有两个质量较小的原子核才可以聚变成一个中等质量的原子核，并不是任何两个原子核都可以发生聚变，A错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能方程可知反应会发生质量亏损，两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前减小，平均结合能增大，B正确，C错误；核聚变的最终产物是氦，无污染，而核裂变产生的固体核废料具有放射性，因此核聚变更加清洁和安全，但是还不是目前利用核能的主要方式，D错误。

123456789101112√123456789101112在核反应中，反应前物质的质量m1=2×2.013

6

u=4.027

2

u反应后物质的质量m2=3.015

0

u+1.008

7

u=4.023

7

u质量亏损Δm=m1-m2=0.003

5

u，则氘核聚变释放的核能为E=931×0.003

5

MeV≈3.3

MeV，故选B。

123456789101112能力综合练

√123456789101112

123456789101112√123456789101112

123456789101112答案

200.6MeV裂变反应的质量亏损为Δm=(235.043

9+1.008

7-140.913

9-91.897

3-3×1.008

7)u=0.215

3

u一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE=0.215

3×931.5

MeV≈200.6

MeV。(2)1kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少吨(t)煤释放的能量(NA=6.02×1023mol-1，1eV=1.6×10-19J，煤的热值为2.94×107J/kg)？123456789101112答案

5.14×1026MeV

2797.3t123456789101112

123456789101112尖子生选练

(2)求核反应中释放的核能(结果保留2位小数)；123456789101112答案

3.26MeV核反应中质量亏损为Δm=2×2.013

6

u-3.015

0

u-1.008

7

u=0.003