第8节 核能的利用

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第8节核能的利用
联想情景导入
1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投到日本的广岛和长崎，原子弹爆炸时释放出的巨大能量将两座城市在瞬间化为废墟。如此巨大的能量是怎样产生的 这种能量可以用到我们的生产和牛活之中吗
重点知识详解
一、裂变和聚变
1．核能：原子核在改变的过程中释放出的巨大的能量叫做核能。裂变和聚变是获得核能的两条途径。21世纪教育网
2．裂变：裂变是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新的原子核，并释放出能量的过程。例如，用中子轰击铀235，可以使它分裂，变成两个新核(氪和钡)，同时向外放出能量和产生几个新的中子。这些中子如果继续轰击其他铀核，就会导致一系列铀核持续裂变，产生链式反应。原子弹就是根据裂变的原理制造的。
3．聚变：聚变是使2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出能量的过程。例如，氘核和氚核在超高温下聚合成氦核，并放出能量。聚变需要很高的能量，所以也叫做热核反应。氢弹就是根据聚变的原理制造的。21世纪教育网
二、核能的和平利用——核电站21世纪教育网
1．核电站的工作原理：利用原子核裂变时产生的大量热量，使水变成蒸汽，推动汽轮机运转，再带动发电机发电。
2．核电站工作时能量的转化过程：核能→热能→机械能→电能。21世纪教育网
三、放射线
1．放射线：原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质，这些物质的原子核内都会向外界辐射出肉眼看不见的、能量很高的射线，如α射线、β射线、γ射线。
2．放射线的利用和危害：利用7射线可以对机械设备进行探伤；可以使种子变异，培育出新的优良品种；可以治疗肿瘤等疾病。大剂量放射线对人畜会造成很大的伤害。21世纪教育网
经典例题解析
[例1] 下列关于核能的说法正确的是 ( )
A．物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能
B．到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变
C．原子弹和氢弹都是利用原子核裂变和聚变的原理制成的
D．自然界只有在人为的条件下才会发生聚变
[解析] 核能是人们在近几十年里发现和利用的新能源，虽然各种物质的原子里都有原子核，但在通常情况下并不能释放能量。只有当原子核发生改变一一裂变和聚变时才伴随巨大的能量变化。原子弹则是利用裂变的链式反应中能在极短的时间内释放出巨大能量的原理制成的，而氢弹则是利用轻核的聚变制成的。自然界除了人为的聚变外．太阳和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反映，并以光和热的形式将核能辐射出来。
[答案] B
[例2] 关于核能的获得，下列说法中正确的是 ( )
A．核反应堆是原子核裂变时，在极短时间内释放出大量核能的装置
B．当原子核内部发生变化时一定会释放出巨大的能量，核裂变和核聚变是获得核能的两种方式
C．核电站是使核能转化为内能再通过汽轮发电机转化为电能的装置
D．目前，在核电站的反应堆中发生的是可控制的核聚变
[解析] 核反应堆是能够缓慢平稳地释放核在裂变时放出的核能的装置，可见在核电站的反应堆中发生的是可控制的裂变。反应堆中获得内能推动汽轮发电机发电。从而得到电能。目前，受控核聚变正在研究之中，尚未用于核电站发电。21世纪教育网
[答案] C
[例3] 关于核电站，下列说法中正确的是 ( )
A．核电站是利用轻核聚变产生的能量来发电的
B．核电站的核心是反应堆，它以铀为燃料
C．核电站的反应堆中放出的核能可直接转化成电能
D．核电站不适用于缺少煤、石油、水能等能源的地区
[解析] 轻核聚变还不能和平利用，A错，铀的重核裂变可以和平利用，B对。核能转化为内能后才能转化为电能，C错，核电站特别适于缺少煤、石油、水能等能源的地区，D错。21世纪教育网
[答案] B21世纪教育网
[例4] 社会发展到今天，能源危机开始困扰人类。人们正在寻找各种可能的未来能源，以维持人类社会的持续发展。2006年5月24日，欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度在布鲁塞尔欧盟总部草签了一系列关于国际热核聚变实验反应堆(ITER)的协议。这是人类开发新能源的一个重大尝试，也是中国以完全平等的地位参加的最大的国际科技合作项目。热核聚变是在上亿摄氏度的高温条件下利用氢的同位素氘、氚在可控情况下发生的核聚变。聚变反应中释放出来的核能提供大量的热量， 就像造出一个“人造太阳”。反应后的生成物是无放射性污染的氦。
预期于2010年建成的实验反应堆，可以在16min产生1.44×1012J的热量。据媒体报道：lL海水提取的氢的同位素，在完全聚变反应中释放的能量，相当于300L汽油完全燃烧所释放的热量。请根据所提供的数据进行估算，并回答以下问题：21世纪教育网
(1)若汽油的密度约为0.7×103kg/m3，300L汽油的质量是多少 (1L=1×103m3)
(2)若汽油的热值约为5×107J/kg，300L汽油完全燃烧能释放多少热量
(3)需要从多少升海水中提取氢的同位素，在发生聚变时才可以产生1.44×1012J的热量 若这些热量转化为电能的效率为50%，则它可以供给一台功率是2kW的空调正常工作多少小时
(4)你知道吗 在安徽省合肥市科学岛上也有一台“人造太阳”。这个名为托卡马克的装置要进行点火实验了。阅读了上述材料和数据后，你一定会有很多感受，谈谈你对“人造太阳”的认识。
[答案] (1)300L汽油的质量：
m=ρV=0.7×103kg/m3×300×103m3=210kg
(2)300L汽油完全燃烧产生的热量：
Q=mq=210kg×5×l07J/kg=1.05×1010J
(3)因1L海水可产生热量是l.05×1010J，所以1.44×1012J的热量需要
海水体积V：V=1.44×l012/l.05×1010L≈1.37×102L
时间：t=W/P=1.44×1012J×50％/2×103W=3.6×108 s=1×105h
(4)略
考点应试必备
1．人类对核能的开发和利用不断取得新的进展，根据目前的科研水平，你认为下列关于原子弹和核电站的说法正确的是 ( )
A．原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变
B．原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变
C．原子弹对裂变的链式反应加以控制
D．核电站控制裂变的链式反应速度
2．太阳表面温度高达6000℃，内部不断进行核聚变反应，并且以辐射方式向宇宙空间发射出巨大的能量。据估计，每三天太阳向地球辐射的能量，就相当于地球所有矿物燃料能量的总和。你认为以下能源中不是由太阳能转化的是 ( )
A．煤 B．石油 C．天然气 D．核能
3．下图为大亚湾核电站发电流程图。在核电站的发电过程中，核能的获取途径及能量转化顺序正确的是 ( )
核反应堆→ 汽轮机→ 发电机→ 电
A．聚变；核能→内能→化学能→电能
B．聚变；核能→内能→机械能→电能
C．裂变；核能→内能→机械能→电能
D．裂变；核能→内能→化学能→电能
4．为缓解电力紧张的状况，开发利用新能源，我国陆续建成了一些核电站。关于核电站，下列说法正确的是 ( )
A．核电站使用的核燃料是石油或天然气21世纪教育网
B．核反应堆中发生的是不可控制的核裂变21世纪教育网
C．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能
D．核电站产生的核废料可以像生活垃圾那样被处理或进行二次加工利用
5．在核电站的能量转化的详细过程是 ( )
A．核能先转化为水的内能、再转化为电能
B．核能先转化为水的内能，再转化为机械能，最后转化为电能
C．核能直接转化为电能21世纪教育网21世纪教育网
D．核能先转化为水的动能，再转化为电能
6．下列关于核电站的说法中不正确的是 ( )
A．利用核能发电的电站叫核电站
B．核电站的核心是发电机21世纪教育网
C．核电站利用核能转化为蒸汽的内能，再通过汽轮发电机转化为电能
D．核电站消耗燃料少，可获得较多的能量
7．关于我国已建成的秦山和大亚湾两座核电站，下列说法正确的是 ( )
A．它们都是利用核裂变释放的原子能
B．它们都是利用核聚变释放的原子能
C．一座是利用核裂变释放原子核能，一座是利用核聚变释放原子核能
D．以上说法均不对
8．原子核内部蕴藏的能量，叫原子能，简称叫核能。获取核能的方法有核裂变和核聚变。分别如下图中的__________和__________。
“链式反应”发生在 ( )
A．核裂变时 B．氢弹爆炸时 C．核聚变时 D．铀自发放出射线时21世纪教育网
9．核电站是和平利用原子能主要方式，下图核电站原理示意图。在反应堆中，核燃料发生裂变放出大量的核能，并利用循环水流生成高温高压水蒸气，带动轮机运动，使发电机发电。请描述核电站工作过程中能量的转化情况。
你认为核电站的核心装置是 ( )
A．反应堆 B．热交换器 C．核燃料 D．汽轮发电机
你认为目前大多数核电站发电原理是 ( )
A．不受控制的铀核裂变时产生能量转化为电能
B．人工控制的链式反应使能量缓慢释放发电
C．轻核结合合成较重核时产生能量发电
D．氘和氚聚变时产生能量发电
10．1kg铀全部裂变释放出的能量约为8.5×1013J，相当于完全燃烧多少无烟煤放出的能最 (无烟煤的热值为3.4×107焦／千克)
参考答案
1．D 2．D 3．C 4．C 5．B 6．B 7．A 8．乙 甲 A 9．A B 10．2.5×106kg
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