5.4 第4节　核裂变与核聚变　第5节　“基本”粒子 课件《创新课堂》选择性必修三（47页ppt）

(共47张PPT)
第4节　核裂变与核聚变
第5节　“基本”粒子
1．知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件。　2.了解核反应堆的类型，知道核电站的工作模式。　3.知道核聚变反应，关注受控核聚变反应研究的进展。　4.会分析和计算核裂变和核聚变过程释放的核能。　5.初步了解粒子物理学的基础知识。　
课前知识梳理
PART
01
第一部分
中子
链式反应
临界体积
临界质量
核反应堆
石墨
重水
普通水
中子
深
中子
控制棒
射线
放射性物质
水泥层
放射性
深埋地下
质量较大
10－15m
温度
热核反应
产能效率高
核聚变燃料氘
磁约束
正电子
μ子
K介子
π介子
相同
相反
正电子
参与
质子
中子
不参与
电子
传递
电磁
弱
强
判断下列说法是否正确。
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。(　　)
(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。(　　)
(3)控制棒是通过吸收中子的多少来控制链式反应速度的。(　　)
(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些。(　　)
(5)质子、中子和电子都是不可再分的基本粒子。(　　)
(6)质子和反质子的电荷量相同，电性相反。　(　　)
×
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课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　重核的裂变

图为重核裂变的链式反应。

试探究：(1)什么是链式反应？
[提示]　由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程叫作核裂变的链式反应。
(2)链式反应中的临界体积和临界质量分别指什么？
[提示]　核裂变物质能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。　
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状。
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积。
(2)铀块的质量大于临界质量。
以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足。
3．裂变反应的能量
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。
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√
[解析]　根据核反应前后质量数守恒有235＋1＝141＋92＋k，解得k＝3，根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1 g，释放的能量E＝Δmc2＝1×10－3×9.0×1016 J＝9×1013 J，故A、C、D错误，B正确。
知识点二　核电站的工作原理

慢中子反应堆的示意图如图所示。

试探究：(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？
[提示]　慢中子。
(2)如何控制核裂变反应的激烈程度？
[提示]　控制棒由镉做成，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，反之，应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快一些。　
1．反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源。铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变。慢化剂附在铀棒周围。
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒。控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度。
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电。
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面。
2．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少。
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大。
(3)对环境的污染要比火力发电小。
(2024·江西开学考试)我国玲龙一号(ACP100)是全球首个陆上商用模块化小型核反应堆，被称为“核能移动充电宝”，可以作为我国将来的核动力航母的动力和电能来源。下列说法正确的是(　　)
A．玲龙一号核反应堆的核燃料取自海水中的氘
B.玲龙一号原理利用轻核的聚变释放核能
C．玲龙一号利用重核裂变释放的核能来发电
D．玲龙一号利用比结合能大的核变成比结合能小的核来获得核能
√
[解析]　玲龙一号利用重核的裂变释放的核能来发电，用中子轰击铀核裂变成中等质量的核，同时放出几个中子，故A、B错误，C正确；
中等质量的核比结合能最大，则玲龙一号是利用比结合能小的核变成比结合能大的核来获得核能的，故D错误。
√
知识点三　核聚变及核能的计算
1．核聚变发生的条件
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，这要克服电荷间强大的库仑斥力，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，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．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹，它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。
(2)可控人工核聚变：目前处于探索阶段。
5．重核裂变与轻核聚变的区别
比较项目 重核裂变 轻核聚变
放能 原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍 核废料处 理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 比较项目 重核裂变 轻核聚变
原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，人们还不能控制它
√
[解析]　根据质量数与电荷数守恒有2＋3－4＝1，1＋1－2＝0，可知X是中子，故A错误；
重核裂变是链式反应，该反应是轻核聚变，不是链式反应，故B错误；
√
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
解析：X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；
中子数为(235－92)＋1－(94－38)－2＝86个，A正确；
裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误。
√
2．(核电站的工作原理)目前核电站利用的是(　　)
A．氘为核燃料的裂变反应
B．铀为核燃料的裂变反应
C．氘为核燃料的聚变反应
D．铀为核燃料的聚变反应
解析：目前核电站利用的能量来自铀为核燃料的裂变反应，以氘为核燃料的聚变反应目前尚不能有效控制进行发电。
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