人教版2019选择性必修第三册高二物理同步精品讲义5.4核裂变与核聚变(原卷版+解析版)

5.4核裂变与核聚变 基础导学 要点一、核裂变 （一）核裂变的发现 1．核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。 2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是U＋ n→Ba＋Kr＋3n。 3．链式反应：中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。 4．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 （二）反应堆与核电站 1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成： (1)燃料：铀棒； (2)慢化剂：石墨、重水和普通水(也叫轻水)； (3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。 2．工作原理 核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，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水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。 要点二、核聚变 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 2．核反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 3．条件：使轻核的距离达到10－15 m以内。 4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。 5．人工热核反应：氢弹．首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 6．核聚变与核裂变的比较： (1)优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁； (2)缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。 要点突破 突破一：核裂变 1．典型的裂变方程 (1)U＋n→Xe＋Sr＋2n (2)U＋n→Ba＋Kr＋3n 2．核能的释放 由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能。 3．链式反应发生的条件 (1)铀块的体积大于或等于临界体积； (2)有足够浓度的铀235； (3)有足够数量的慢中子； 4．裂变反应的能量大小：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量；一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235 全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温。 5．核电站的主要部件及作用 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) 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速 控制棒 镉棒 吸收中子，控制反应速度 热交换器 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 厚水泥层 防止放射线泄露，对人体及其他生物体造成伤害 6.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少； (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大； (3)对环境的污染要比火力发电小。 突破二：核聚变 1．聚变发生的条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离10－15 m以内，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。 2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。 3．聚变方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 4．重 ... ...