第5节 裂变和聚变
(分值：100分)
选择题1～12题，每小题7分，共84分。
对点题组练
题组一 核裂变与链式反应
1.第一代核弹头为原子弹，主要利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成。典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子，核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋xn, 则该核反应方程中x和y分别为( )
10和36 3和36
36和3 2和36
2.核工厂将核原料(六氟化钠)提炼成核反应材料(二氟化铀)时出现操作失误，工作人员在一个加工炉中投入16 kg的核原料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏，这个标准是( )
临界体积
临界压强
临界温度
由一定的温度、体积和压强共同确定
3.(多选)原子裂变能够产生巨大的能量，铀原子裂变的链式反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，其中铀的质量为m1，中子质量为m2，钡和氪的质量分别为m3和m4，关于该裂变反应说法正确的是( )
链式反应能否发生跟铀原料的体积有关
裂变产物钡比铀的比结合能大
该方程亏损质量为(m1＋m2)－(m3＋m4＋m2)
亏损的质量变成能量释放出去
题组二 核聚变及受控核反应
4.(2024·广东潮州高二期末)“嫦娥五号”返回器于2020年12月带回1 731克月球土壤，月球土壤富含的He是理想的热核反应原料，其核反应方程为2He→He＋2X，则( )
该核反应可在常温下发生
该核反应类型为重核裂变
X为中子
该核反应前后质量数守恒
5.大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：H＋H→He＋n。已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为( )
3.7 MeV 3.3 MeV
2.7 MeV 0.93 MeV
6.(多选)(2024·广东汕头高二月考)月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦3(He)，2020年12月1日，我国嫦娥五号探测器成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究。核聚变反应方程为H＋H→He＋X或H＋He→He＋Y。下列说法正确的是( )
X是中子
Y是正电子
核聚变过程发生质量亏损，释放核能
He比He的原子核更稳定
题组三 核能利用
7.2020年11月27日，“华龙一号”发电机组首次并网成功，其内核是如图所示的核反应堆，关于核反应下列说法中正确的是( )
图示装置的核反应类型是核聚变
要使核反应速度减慢，可以将铀棒插入得更深
裂变反应的燃料是铀，反应过程质量不守恒
石墨起到降低反应温度的作用
8.(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( )
铀棒是核燃料，裂变时释放核能
镉棒的作用是控制反应堆的功率
石墨的作用是吸收中子
冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
综合提升练
9.2019年4月23日，海军建军70周年阅兵式上，中国海军新型攻击核潜艇093改进型攻击核潜艇公开亮相，核潜艇是以核反应堆作动力源。关于核反应，下列说法正确的是( )
核反应方程C→N＋e属于β衰变，而β射线来自原子外层的电子
核反应方程H＋H→He＋n属于聚变，是核潜艇的动力原理
核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n属于裂变，是原子弹裂变反应原理
核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
10.(多选)(2024·广东珠海高二期末)铀核裂变的一种方程为U＋X→Sr＋Xe＋3n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有( )
X粒子是中子
X粒子是质子
U、Sr、Xe相比，Sr的比结合能最大，最稳定
U、Sr、Xe相比，U的质量数最多，结合能最大，最稳定
11.(多选)“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月，有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破，获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件，朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步。已知“人造太阳”核聚变的反应方程为H＋H→He＋X＋17.6 MeV，关于此核聚变，以下说法正确的是( )
要使轻核发生聚变，就要利用粒子加速器，使轻核获得很大的动能
Z＝0，A＝1
1 mol氘核和1 mol氚核发生核聚变，可以放出17.6 MeV的能量
聚变比裂变更安全、清洁
12.日本福岛核事故是世界上最大的核事故之一，2019年2月13日，日本宣布福岛核电站核残渣首次被“触及”，其中部分残留的放射性物质半衰期可长达1 570万年，下列有关说法正确的是( )
U裂变成Pb的核反应方程为U→Pb＋7He＋4e
U的比结合能大于Pb的比结合能
天然放射现象中产生的α射线的速度与光速相当，穿透能力很强
将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期
培优加强练
13.(16分)U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200兆电子伏特的能量。现要建设日发电能力为10万千瓦的核电站，用铀235作为燃料。假设核裂变释放的能量的50%转化为电能。
(1)(8分)写出核反应方程；
(2)(8分)求一天需要纯铀235的质量(阿伏伽德罗常量NA＝6.02×1023 mol－1)。
第5节 裂变和聚变
1.B [根据核反应中质量数守恒，有235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3；再根据电荷数守恒，有92＋0＝56＋y＋0，解得y＝36，B项正确，A、C、D错误。]
2.A [临界体积是核反应技术中的重要参数。如果核原料(六氟化钠)投入太多，提炼成核反应材料(二氟化铀)，就会超过临界体积，则可产生持续的铀核反应，从而造成了核泄漏，A正确；当铀块达不到其临界体积时，一般情况下，即便压强和温度达到一定值时，也不会产生核反应，不会产生核泄漏，B、C、D错误。]
3.AB [该反应为核裂变反应，链式反应能否发生跟铀原料的体积有关，故A正确；重核裂变的生成物原子核更稳定，比结合能更大，则裂变产物钡比铀的比结合能大，故B正确；核反应过程中，质量亏损为Δm＝(m1＋m2)－(m3＋m4＋3m2)，故C错误；在裂变反应中亏损的质量以能量的形式释放出来，不是亏损的质量变成了能量，故D错误。]
4.D [热核反应指的是轻核聚变，需要很高的温度才能发生，故A、B错误；由电荷数守恒和质量数守恒，可推出X的电荷数为1，质量数为1，则X为质子，故C错误，D正确。]
5.B [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B正确。]
6.AC [根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子；Y的质量数为1，电荷数为1，则Y为质子，A正确，B错误；核聚变过程发生质量亏损，释放核能，C正确；因反应放出核能，则He比He的原子核更稳定，D错误。]
7.C [图示装置的核反应类型是核裂变，A错误；将铀棒插入得更深，中子接触的铀原子更多，反应加剧，B错误；裂变反应的燃料是铀，反应过程质量亏损，不守恒，C正确；石墨主要是将快中子变为慢中子，D错误。]
8.ABD [铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故选项A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故选项B正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故选项C错误；水或液态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，控制温度，故选项D正确。]
9.C [β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故A错误；质量数较小的核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，是氢弹聚变原理，故B错误；质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，是原子弹裂变反应原理，故C正确；核反应前后核子数相等，核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，故D错误。]
10.AC [根据反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知X粒子的质量数为1，电荷数为0，故X粒子是中子，A正确，B错误；根据图可知U、Sr、Xe相比，Sr的比结合能最大，最稳定，U的质量数最多，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误。]
11.BD [“人造太阳”是以超导磁场约束，通过波加热，让等离子气体达到上亿度的高温而发生轻核聚变，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒，可以求出Z＝0，A＝1，即X为中子n，故B正确；1个氘核和1个氚核发生核聚变，可以放出17.6 MeV的能量，故C错误；轻核聚变产物为氦核，没有辐射和污染，所以聚变比裂变更安全、清洁，故D正确。]
12.D [裂变反应要有多个中子参与，且在书写裂变反应方程时，两边的中子不能消掉，选项A错误；核反应生成的新物质更稳定，比结合能更大，则U的比结合能小于Pb的比结合能，选项B错误；天然放射现象中产生的γ射线的速度与光速相当，穿透能力很强，选项C错误；将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期，选项D正确。]
13.(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)0.21 kg
解析 (1)核反应方程为
U＋n→Ba＋Kr＋3n。
(2)每一天的发电量为
E＝Pt＝10×104×103×24×3 600 J＝8.64×1012 J
消耗的铀235核的个数为
N＝＝个
＝5.4×1023个
一天需要的纯铀235的质量为
m＝M＝×235×10－3 kg≈0.21 kg。第5节 裂变和聚变
学习目标 1.知道什么是裂变、聚变和链式反应，知道链式反应和聚变的条件。2.会书写裂变和聚变方程，会利用质量亏损计算裂变和聚变产生的核能。3.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。
知识点一 核裂变与链式反应
铀核俘获中子后分裂成中等质量的原子核，同时生成更多的中子去轰击其他铀核，从而使这种裂变反应不断进行下去。在裂变反应中由于有质量亏损，会释放大量的能量，谈谈你对这种核能的认识与应用。
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1.原子序数：原子核中的 又称为原子序数。
2.核裂变：比铁原子核重的一个重核分裂成两个 的核时，会释放出能量，我们把这种核反应叫作核裂变。
3.链式反应： 原子核的裂变引发 原子核发生裂变，让核裂变过程自己 下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫作链式反应。
4.铀核裂变典型反应：U＋n→Kr＋Ba＋ 。
5.临界体积：能够发生链式反应的铀块 体积叫作它的临界体积。
6.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（热中子）。
【思考】 如图所示为核裂变示意图。
（1）重核裂变是一种天然现象吗？
（2）铀核裂变的产物（核反应方程）是唯一的吗？
（3）只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
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例1 2020年11月27日0时41分，“华龙一号”福清核电站5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。“华龙一号”利用的是铀核裂变释放的核能，其裂变方程为U＋n→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是（ ）
A.裂变后粒子的总核子数减少
B.X原子核中含有85个中子
C.裂变反应前后质量没有变化
D.裂变后新核的平均结合能比铀核的小
听课笔记____________________________________________________________
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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 铀核裂变的许多核反应中的其中一个是U＋n→Ba＋Kr＋3n。
（1）试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量（U、Ba、Kr、n的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u，1 u相当于931.5 MeV能量）；
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（2）1 kg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煤释放的能量（煤的热值为2.94×107 J/kg，阿伏加德罗常量为6.02×1023mol－1）？
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铀核裂变释放核能的计算
（1）首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm。
（2）根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能。
（3）若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核（设为n），则铀块完全裂变释放的核能E＝nΔE。
知识点二 核聚变及受控热核反应
聚变反应指较轻的核子结合成较重的核子，核子间的距离需达到10－15 m以内。思考：为什么要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？
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1.核聚变：两个轻核聚合成一个 的核时，也会释放能量，这种核反应叫作核聚变。
2.核反应方程：H＋H→He＋n。
3.条件：使原子核的距离接近到 m。
方法：加热到很高的 ，因此核聚变又叫作热核反应。
4.宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核 成氦核释放的核能。
5.人工热核反应的应用——氢弹
原理：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。
【思考】 为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？
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例3 （2023·天津卷，3）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（ ）
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
D.太阳上进行的核反应为U＋n→Ba＋Kr＋3n
训练 （多选）下列关于聚变的说法中，正确的是（ ）
A.要使聚变发生，必须克服库仑斥力做功
B.轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此轻核聚变又叫作热核反应
C.原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应，在地球内部也可以自发地进行
知识点三 核能利用
1.目前，人类主要是开发利用 ，为了人工控制链式反应的速度，使核能平缓地释放出来，人们制成了核反应堆。
2.核反应堆的组成
（1）燃料： （天然铀或浓缩铀）。
（2）慢化剂： 、 ，使裂变产生的快中子减速。
（3）控制棒：镉棒为了调节中子数目以控制反应速度。
3.工作原理
核燃料 释放的核能转变为热能，使反应堆温度升高，水、液态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。
4.核污染的处理
在核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中，埋入 来处理。
5.核电站发电的优点
（1）消耗的核燃料少。
（2）作为核燃料的铀、钍等地球上可采储量大，所能提供的能量大。
（3）对环境的污染比火力发电小。
例4 如图是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法正确的是（ ）
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应
B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C.控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D.要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
听课笔记____________________________________________________________
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随堂对点自测
1.（核裂变与链式反应）2021年1月30日，华龙一号全球首堆——福建福清核电5号机组投入商业运行，这标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。目前核能发电都是利用核裂变反应，下列表示重核裂变的是（ ）
A.U＋n→Ba＋Kr＋3n
B.Th→Pa＋e
C.He＋Be→n＋C
D.H＋H→He＋n
2.（核裂变与链式反应）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
3.（核聚变及受控热核反应）（多选）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”（如图）2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是（ ）
A.核聚变比核裂变更为安全、清洁
B.任何两个原子核都可以发生聚变
C.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
4.（核能利用）秦山核电站第三期工程的两个6×105 kW发电机组已实现并网发电。发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是（ ）
A.反应堆中核反应速度通常是采用调节U的体积来控制的
B.U的一种可能的裂变是U＋n→Xe＋Sr＋2n
C.U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短
D.虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重
第5节 裂变和聚变
知识点一
导学 提示 控制反应速度，缓慢释放核能，和平利用就是核电站；不控制反应速度，迅速释放核能，就可以制造原子弹，做成护国利器。
知识梳理
1.质子数 2.较轻 3.一个 其他 持续 4.3n 5.最小
[思考] 提示 (1)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。
(2)不是唯一的。铀核裂变的产物(核反应方程)是多种多样的。
(3)不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于等于临界体积，才会发生链式反应。
例1 B [核反应过程中，质量数守恒，所以裂变后粒子的总核子数不变，A错误；设X原子核中有x个质子，质量数为y，则92＝x＋38，235＋1＝y＋95＋1×2，解得x＝54，y＝139，所以X原子核中含有中子数为y－x＝85，B正确；裂变释放核能，所以有质量亏损，C错误；裂变释放核能是因为新核的平均结合能比铀核的大，新核较稳定，D错误。]
例2 (1)200.6 MeV (2)5.14×1026 MeV 2 797.3 t
解析 (1)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)1 kg铀235原子核中含原子核的个数为
N＝×6.02×1023＝2.56×1024
1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量
ΔE总＝N·ΔE＝2.56×1024×200.6 MeV
＝5.14×1026 MeV
设完全燃烧的煤的质量为m
有ΔE总＝qm
所以m＝＝ kg
＝2 797.3 t。
知识点二
导学 提示 在此距离原子核间的库仑斥力巨大，为克服此斥力，需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。
知识梳理
1.较重 3.10－15 温度 4.聚变
[思考] 提示 因为很轻的原子核比较重的原子核的核子平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更多。
例3 A [因为高温时原子核的热运动剧烈，使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生聚变，故聚变反应也叫热核反应，需要在高温下进行，A正确；由于核反应过程遵循质量数守恒以及电荷数守恒，因此核聚变中电荷数是守恒的，即电荷也是守恒的，B错误；轻核聚变释放出巨大的能量，由爱因斯坦质能方程可知核聚变存在质量亏损，所以太阳上进行核聚变时，其质量减小，C错误；太阳上进行的是核聚变，而U＋n→Ba＋Kr＋3n是重核的裂变反应，D错误。]
训练 ABC [轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，故A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文的高温下才有这样的能量，这样高的温度能够通过原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，但在地球内部不会自发地进行，故D错误。]
知识点三
1.核裂变 2.(1)铀棒 (2)石墨 重水 3.核裂变 循环流动 热量 发电 4.水泥防护层 放射性 深地层
例4 B [快中子容易与铀235“擦肩而过”，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，A错误，B正确；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，C、D错误。]
随堂对点自测
1.A [选项A中反应是重核裂变，选项A正确；选项B中反应是β衰变，选项B错误；选项C中反应为原子核的人工转变，选项C错误；选项D中反应是轻核聚变，选项D错误。]
2.D [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，A错误；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，如果体积小，中子从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应不会发生，B错误；在裂变反应中核子数守恒，C错误；重核裂变为中等质量的原子核时，核子的平均质量减小，则会发生质量亏损，从而释放核能，D正确。]
3.AD [与核裂变相比轻核聚变更为安全、清洁，A正确；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，不是任意两个原子核都能发生核聚变，B错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能量，根据ΔE＝Δmc2可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，C错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减少，核子的比结合能增加，D正确。]
4.B [反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错误；裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B正确；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度压强等外界条件无关，C错误；核电站的核能是清洁能源，污染少，D错误。](共51张PPT)
第5节 裂变和聚变
第五章 原子与原子核
1.知道什么是裂变、聚变和链式反应，知道链式反应和聚变的条件。
2.会书写裂变和聚变方程，会利用质量亏损计算裂变和聚变产生的核能。
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
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二 核聚变及受控热核反应
知识点一 核裂变与链式反应
知识点三 核能利用
知识点一 核裂变与链式反应
铀核俘获中子后分裂成中等质量的原子核，同时生
成更多的中子去轰击其他铀核，从而使这种裂变反应不断
进行下去。在裂变反应中由于有质量亏损，会释放大量的
能量，谈谈你对这种核能的认识与应用。
提示 控制反应速度，缓慢释放核能，和平利用就是核电
站；不控制反应速度，迅速释放核能，就可以制造原子弹，
做成护国利器。
1.原子序数：原子核中的________又称为原子序数。
2.核裂变：比铁原子核重的一个重核分裂成两个______的核时，会释放出能量，我们把这种核反应叫作核裂变。
3.链式反应：______原子核的裂变引发______原子核发生裂变，让核裂变过程自己______下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫作链式反应。
质子数
较轻
一个
其他
持续
5.临界体积：能够发生链式反应的铀块______体积叫作它的临界体积。
6.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(热中子)。
最小
【思考】 如图所示为核裂变示意图。
(1)重核裂变是一种天然现象吗？
(2)铀核裂变的产物(核反应方程)是唯一的吗？
(3)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？
提示 (1)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。
(2)不是唯一的。铀核裂变的产物(核反应方程)是多种多样的。
(3)不是。有中子轰击铀块且铀块的体积大于等于临界体积，才会发生链式反应。
B
A.裂变后粒子的总核子数减少 B.X原子核中含有85个中子
C.裂变反应前后质量没有变化 D.裂变后新核的平均结合能比铀核的小
解析 核反应过程中，质量数守恒，所以裂变后粒子的总核子数不变，A错误；设X原子核中有x个质子，质量数为y，则92＝x＋38，235＋1＝y＋95＋1×2，解得x＝54，y＝139，所以X原子核中含有中子数为y－x＝85，B正确；裂变释放核能，所以有质量亏损，C错误；裂变释放核能是因为新核的平均结合能比铀核的大，新核较稳定，D错误。
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。
答案 (1)200.6 MeV (2)5.14×1026 MeV 2 797.3 t
解析 (1)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)1 kg铀235原子核中含原子核的个数为
1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量
ΔE总＝N·ΔE＝2.56×1024×200.6 MeV
＝5.14×1026 MeV
设完全燃烧的煤的质量为m
有ΔE总＝qm
＝2 797.3 t。
铀核裂变释放核能的计算
(1)首先算出裂变反应中发生的质量亏损Δm。
(2)根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能。
(3)若计算一定质量的铀块完全裂变时放出的核能，应先算出铀块中有多少个铀核(设为n)，则铀块完全裂变释放的核能E＝nΔE。
知识点二 核聚变及受控热核反应
聚变反应指较轻的核子结合成较重的核子，核子间的距离需达到10－15 m以内。思考：为什么要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？
提示 在此距离原子核间的库仑斥力巨大，为克服此斥力，需要核子有很大的动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度。
1.核聚变：两个轻核聚合成一个______的核时，也会释放能量，这种核反应叫作核聚变。
3.条件：使原子核的距离接近到________ m。
方法：加热到很高的______，因此核聚变又叫作热核反应。
4.宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核______成氦核释放的核能。
5.人工热核反应的应用——氢弹
原理：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。
较重
10－15
温度
聚变
【思考】 为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？
提示 因为很轻的原子核比较重的原子核的核子平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更多。
例3 (2023·天津卷，3)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是( )
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
A
训练 (多选)下列关于聚变的说法中，正确的是( )
A.要使聚变发生，必须克服库仑斥力做功
B.轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此轻核聚变又叫作热核反应
C.原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应，在地球内部也可以自发地进行
解析 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，故A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文的高温下才有这样的能量，这样高的温度能够通过原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，但在地球内部不会自发地进行，故D错误。
ABC
知识点三 核能利用
1.目前，人类主要是开发利用________，为了人工控制链式反应的速度，使核能平缓地释放出来，人们制成了核反应堆。
2.核反应堆的组成
(1)燃料：______ (天然铀或浓缩铀)。
(2)慢化剂：______、______，使裂变产生的快中子减速。
(3)控制棒：镉棒为了调节中子数目以控制反应速度。
3.工作原理
核燃料________释放的核能转变为热能，使反应堆温度升高，水、液态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。
核裂变
铀棒
石墨
重水
核裂变
循环流动
热量
发电
4.核污染的处理
在核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中，埋入________来处理。
5.核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等地球上可采储量大，所能提供的能量大。
(3)对环境的污染比火力发电小。
水泥防护层
放射性
深地层
B
例4 如图是慢中子反应堆的示意图，下列对该反应堆的说法正确的是( )
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应5
B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成
慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C.控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒
插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速
度就会慢一些
D.要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
解析 快中子容易与铀235“擦肩而过”，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，A错误，B正确；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，C、D错误。
随堂对点自测
2
A
1.(核裂变与链式反应)2021年1月30日，华龙一号全球首堆——福建福清核电5号机组投入商业运行，这标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。目前核能发电都是利用核裂变反应，下列表示重核裂变的是( )
解析 选项A中反应是重核裂变，选项A正确；选项B中反应是β衰变，选项B错误；选项C中反应为原子核的人工转变，选项C错误；选项D中反应是轻核聚变，选项D错误。
D
2.(核裂变与链式反应)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
解析 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，A错误；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，如果体积小，中子从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应不会发生，B错误；在裂变反应中核子数守恒，C错误；重核裂变为中等质量的原子核时，核子的平均质量减小，则会发生质量亏损，从而释放核能，D正确。
AD
3.(核聚变及受控热核反应)(多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”(如图)2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是( )
A.核聚变比核裂变更为安全、清洁
B.任何两个原子核都可以发生聚变
C.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
解析 与核裂变相比轻核聚变更为安全、清洁，A正确；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，不是任意两个原子核都能发生核聚变，B错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能量，根据ΔE＝Δmc2可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，C错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减少，核子的比结合能增加，D正确。
B
课后巩固训练
3
B
对点题组练
A.10和36 B.3和36
C.36和3 D.2和36
解析 根据核反应中质量数守恒，有235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3；再根据电荷数守恒，有92＋0＝56＋y＋0，解得y＝36，B项正确，A、C、D错误。
A
2.核工厂将核原料(六氟化钠)提炼成核反应材料(二氟化铀)时出现操作失误，工作人员在一个加工炉中投入16 kg的核原料，大大超过了规定标准，从而造成了核泄漏，这个标准是( )
A.临界体积 B.临界压强
C.临界温度 D.由一定的温度、体积和压强共同确定
解析 临界体积是核反应技术中的重要参数。如果核原料(六氟化钠)投入太多，提炼成核反应材料(二氟化铀)，就会超过临界体积，则可产生持续的铀核反应，从而造成了核泄漏，A正确；当铀块达不到其临界体积时，一般情况下，即便压强和温度达到一定值时，也不会产生核反应，不会产生核泄漏，B、C、D错误。
AB
A.链式反应能否发生跟铀原料的体积有关
B.裂变产物钡比铀的比结合能大
C.该方程亏损质量为(m1＋m2)－(m3＋m4＋m2)
D.亏损的质量变成能量释放出去
解析 该反应为核裂变反应，链式反应能否发生跟铀原料的体积有关，故A正确；重核裂变的生成物原子核更稳定，比结合能更大，则裂变产物钡比铀的比结合能大，故B正确；核反应过程中，质量亏损为Δm＝(m1＋m2)－(m3＋m4＋3m2)，故C错误；在裂变反应中亏损的质量以能量的形式释放出来，不是亏损的质量变成了能量，故D错误。
D
题组二 核聚变及受控核反应
A.该核反应可在常温下发生 B.该核反应类型为重核裂变
C.X为中子 D.该核反应前后质量数守恒
解析 热核反应指的是轻核聚变，需要很高的温度才能发生，故A、B错误；由电荷数守恒和质量数守恒，可推出X的电荷数为1，质量数为1，则X为质子，故C错误，D正确。
B
A.3.7 MeV B.3.3 MeV
C.2.7 MeV D.0.93 MeV
解析 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B正确。
AC
C
题组三 核能利用
7.2020年11月27日，“华龙一号”发电机组首次并网成功，其内核是如图所示的核反应堆，关于核反应下列说法中正确的是( )
A.图示装置的核反应类型是核聚变
B.要使核反应速度减慢，可以将铀棒插入得更深
C.裂变反应的燃料是铀，反应过程质量不守恒
D.石墨起到降低反应温度的作用
解析 图示装置的核反应类型是核裂变，A错误；将铀棒插入得更深，中子接触的铀原子更多，反应加剧，B错误；裂变反应的燃料是铀，反应过程质量亏损，不守恒，C正确；石墨主要是将快中子变为慢中子，D错误。
ABD
8.(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( )
A.铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B.镉棒的作用是控制反应堆的功率
C.石墨的作用是吸收中子
D.冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
解析 铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故选项A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故选项B正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故选项C错误；水或液态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，控制温度，故选项D正确。
C
9.2019年4月23日，海军建军70周年阅兵式上，中国海军新型攻击核潜艇093改进型攻击核潜艇公开亮相，核潜艇是以核反应堆作动力源。关于核反应，下列说法正确的是( )
综合提升练
解析 β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故A错误；质量数较小的核转化为质量较大的核，属于轻核聚变，是氢弹聚变原理，故B错误；质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，是原子弹裂变反应原理，故C正确；核反应前后核子数相等，核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，故D错误。
AC
BD
11.(多选)“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月，有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破，获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件，朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步。已知“人造太阳”核聚变的反应方程为H＋H→He＋X＋17.6 MeV，关于此核聚变，以下说法正确的是( )
A.要使轻核发生聚变，就要利用粒子加速器，使轻核获得很大的动能
B.Z＝0，A＝1
C.1 mol氘核和1 mol氚核发生核聚变，可以放出17.6 MeV的能量
D.聚变比裂变更安全、清洁
D
培优加强练
解析 (1)核反应方程为
(2)每一天的发电量为E＝Pt＝10×104×103×24×3 600 J＝8.64×1012 J
消耗的铀235核的个数为
＝5.4×1023个
一天需要的纯铀235的质量为
