第十九章 6
基础达标
1．裂变反应中释放出的能量来自于( )
A．核子消失转化为能量
B．原子中电子与原子核的电势能减小
C．入射的中子消失转化为能量
D．原子核的比结合能变大，释放出能量
【答案】D 解析：发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C错误；能量来自于原子核内部，因重核在分裂为中等质量的原子核时，比结合能增加而释放出能量，B错误，D正确．
2．为使链式反应平稳进行，可采用下列的办法( )
A．铀块可制成任何的体积
B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核
C．通过慢化剂将产生的中子减速
D．用镉棒可作为慢化剂使中子减速
【答案】C 解析：由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积，故A错误；铀核裂变释放出的为快中子，不能直接再去轰击铀核，必须用慢化剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，故C正确，B、D错误．
3．一个铀235吸收一个中子后发生的反应式是U＋n→Xe＋Sr＋10n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )
A．(M－m1－m2)c2
B．(M＋m－m1－m2)c2
C．(M－m1－m2－9m)c2
D．(m1＋m2＋9m－M
)c2
【答案】C 解析：铀235裂变时的质量亏损
Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m.
由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝(M－m1－m2－9m)c2.
4．下列核反应中，表示核裂变的是( )
A．U→Th＋He
B．U＋n→Ba＋Kr＋3n
C．P→Si＋e
D．N＋He→O＋H
【答案】B 解析：A表示的是核衰变，B表示的是核裂变，C中有一个正电子生成不是裂变，D表示的是人工转变．
5．日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应．但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升．则下列说法正确的是( )
A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制
B．衰变释放的射线中，α射线的穿透力最强
C．日本后来向反应堆灌注海水，既可以降温，也减慢衰变速度，从而控制核污染
D．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量更大
【答案】A 解析：在核电站中，通过控制棒(一般用石墨棒)吸收中子来控制反应速度，故A正确；衰变释放的射线中，γ射线的穿透力最强，故B错误；注入海水只能降温，但无法减慢速度；故C错误；由于核裂变过程中，伴随着中子的放出，根据质量数和电荷数守恒可知，产生的新核的质量小于铀原子质量，故D错误．故选A．
6．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为( )
A．它比较容易发生链式反应
B．能自动裂变，与体积无关
C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
【答案】A 解析：铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应，吸收低能量的中子裂变的概率更大．
7．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196
MeV的能量，则1
g纯92U完全发生核反应时放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)( )
A．NA×196
MeV
B．235
NA×196
MeV
C．235×196
MeV
D．×196
MeV
【答案】D 解析：由于1
mol的铀核质量为235
g,1
g铀235的摩尔数为，因此1
g铀235释放的能量E＝×196
MeV，故D正确．
8．关于重核的裂变，下列说法正确的是( )
A．核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少
C．铀核自发放出α粒子、β粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量
D．重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损
【答案】D 解析：比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，或原子核拆解成核子时每个核子平均吸收的能量．重核的比结合能小于中等质量核的比结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A错误；裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，B错误；衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变核能，选项C错误．
能力提升
9．钍核Th经过6次α衰变和4次β衰变后变成铅核，则( )
A．铅核的符号为Pb，它比Th少8个中子
B．铅核的符号为Pb，它比Th少16个中子
C．铅核的符号为Pb，它比Th少16个中子
D．铅核的符号为Pb，它比Th少12个中子
【答案】C 解析：本题考查核反应方程．据质量数守恒、电荷数守恒可知铅核的电荷数是82，质量数是208，则钍核的衰变方程如下：Th→Pb＋6He＋41e.
钍核的中子数是232－90＝142.
铅核的中子数是208－82＝126.
铅核比钍核少的中子数是142－126＝16.故C对．
10．在核反应方程式U＋n→Sr＋Xe＋kX中( )
A．X是中子，k＝9
B．X是中子，k＝10
C．X是质子，k＝9
D．X是质子，k＝10
【答案】B 解析：核反应方程应遵循电荷数守恒和质量数守恒，在题目所给核反应中，设X的核电核数为x，则核反应方程的左边核电荷数为92＋0＝92，右边核电荷数为38＋54＋x＝92，x＝0，X的核电荷数为0，所以X为中子，左边质量数为235＋1＝236，右边质量数为90＋136＋k×1＝236，k＝10，所以k的数值为10.
11．一个静止的铀核U(铀核的质量为232.037
2
u)放出一个α粒子(氦核的质量为4.002
6
u)后衰变成钍核
Th(钍核的质量为228.028
7
u)．(已知：原子质量单位1
u＝1.67×10－27
kg.1
u相当于931.5
MeV)
(1)写出该衰变反应方程；
(2)算出该衰变反应中释放出的核能；
(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？
【答案】(1)U→Th＋He
(2)5.496
MeV
(3)0.09
MeV
解析：(1)U→Th＋He.
(2)质量亏损Δm＝0.005
9
u，
故ΔE＝0.005
9×931.5
MeV＝5.496
MeV.
(3)
系统原来的动量为零，由动量守恒定律知，钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＋(－pα)＝0，pTh＝pα，EkTh＝，Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE，
所以钍核获得的动能为
EkTh＝·ΔE＝·ΔE＝0.09
MeV.
12．每昼夜消耗220
g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率是多大？(每个铀核裂变时放出的能量是220
MeV)
【答案】5.24×107
W 解析：220
g铀235中含铀核数量N＝×6.02×1023个＝5.64×1023个，N个铀核裂变放出能量
E＝5.64×1023×200
MeV＝1.13×1026
MeV，
转化成电能
E电＝E×25%＝2.83×1025
MeV＝2.83×1025×106×1.6×10－19
J＝4.53×1012
J，
一昼夜时间为t＝24×3
600
s＝86
400
s，
所以电功率P＝＝W＝5.24×107
W.(共38张PPT)
6 核裂变
贫铀是从金属中提炼铀以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹的贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，其残留物也会长期危害环境，北约组织就曾在波黑战争中大量使用贫铀弹，致使遭北约轰炸后的萨拉热窝市共有302人先后死于贫铀弹所造成的危害之中！那么为什么说贫铀弹的残留物会长期危害环境呢？
答案：爆炸后的弹片存在放射性，而且铀238的半衰期很长，所以可长期危害环境．
一、重核的裂变
1．定义：重核分裂是__________的核，释放_________能的核反应，称为核裂变．
【答案】质量较小 核
2．条件：________轰击重核，一般分裂为质量差不多的两个核．
【答案】中子
3．链式反应：当________中子引起一个铀核的裂变后，放出________个中子，放出的中子再引起其他铀核________，且能不断地继续下去，称为________．
【答案】一个 更多 裂变 链式反应
5．重核裂变的特点：
(1)裂变释放能量________；
(2)裂变产物有________；
(3)裂变产物有________；
(4)裂变能产生________个中子．
【答案】(1)大 (2)多样性 (3)放射性 (4)多
6．链式反应的条件：
(1)发生裂变物质的体积大于等于________；
(2)有足够________的铀235；
(3)有足够数量的________中子．
【答案】(1)临界体积 (2)浓度 (3)慢
二、核电站
1．核电站：是利用核能发电，它的核心设施是________．它主要由以下几部分组成：
(1)燃料：________.
(2)减速剂：铀235容易捕获________发生反应，可采用________、________、________作减速剂．
(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需减少中子的数目，采用________作为________来控制链式反应的速度．
【答案】核反应堆 (1)铀棒 (2)慢中子 石墨 重水 普通水 (3)镉棒 控制棒
2．工作原理：核燃料________释放的能量，使反应区温度升高．
【答案】裂变
3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电．
【答案】循环流动
4．核污染的处理：为避免________对人体的伤害和________________对水源、空气和工作场所造成的放射性污染，在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，________________.
【答案】射线 放射性物质 水泥层 放射性 深埋地下或海底
1．链式反应：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，核子间的距离增大，因而核力迅猛减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出
2～3
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，这就叫链式反应．如图所示．
链式反应及其发生的条件
1．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )
A．铀块的质量是重要因素，与体积无关
B．为了使铀235裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的快中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．裂变能否发生链式反应与铀块的质量无关
【答案】C
【解析】要发生链式反应必须使铀块体积(或质量)大于临界体积或临界质量，故A、D错，C对，铀235俘获慢中子发生裂变的概率大，快中子使铀235发生裂变的概率小，故B错．
核电站的核心是核反应堆，核反应堆的主要组成部分(如图所示)及其作用是：
核电站结构及工作原理
(1)核燃料：反应堆使用浓缩铀(铀235占3%～4%)制成铀棒，作为核燃料，释放核能．
(2)中子减速剂：铀235具有易俘获慢中子，不易俘获快中子的特点．而核反应中释放的中子多数为快中子，应使用减速剂使它们的速度降下来变成慢中子．常用作减速剂的物质有石墨、重水或普通水．
(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子能力很强的特性，就可以容易地控制链式反应的速度．
(4)保护层：核反应堆外层是很厚的水泥壁，可防止射线辐射出去．
(5)热交换器：靠水或液态金属钠在反应堆内外的循环流动，把产生的热量传输出去．
反应堆是核电站的核心，核电站是靠核反应堆产生的内能发电．
2．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由哪四部分组成( )
A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统
C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和传热系统
D．原子燃料、中子源，原子能存聚系统和输送系统
【答案】A
【解析】通过学习，我们知道核反应堆的构成分四部分：原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统．
1．优点：(1)核电站消耗的燃料很少．
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量很大．
(3)火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放出的污染物要少得多．
2．缺点：(1)一旦核泄漏会造成严重的核污染．
(2)核废料处理比较困难．
核电站与火电站相比有何优缺点？
3．(多选)山东荣成石岛湾核电站计划总装机规模400
万千瓦．核电站与火电站相比较，其优势在于( )
A．核燃料释放出的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B．就可采储量来说，地球上核燃料资源相当于煤炭
C．核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站
D．核电站比火电站更容易建造
【答案】AC
【解析】核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多，地球上可开采核矿石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍，只要措施得当，核电站造成的污染很小，核能属于清洁能源，A、C均正确；核电站的建造难度较大，B、D错误．
例1 关于铀核裂变，下列说法不正确的是( )
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核
B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
重核裂变的理解
解析：铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况比较多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1
MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故B、C正确．
答案：BC
反思领悟：此类题型关键在于牢记重核裂变的特点以及发生重核裂变的条件．
核电站工作原理与组成
答案：B
反思领悟：核电站的核心是核反应堆，对反应堆的原理和组成应记牢是解答此类题目的核心．
1．(2018保山二模)如图是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，下列说法正确的是( )
A．铀棒是核燃料，核心物质是铀238
B．石墨起到吸收中子的作用
C．镉棒起到使中子减速的作用
D．水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害
【答案】D
解析：核反应堆采用的核燃料为铀235，故A错误；石墨的作用是使中子减速，故B错误；镉棒的作用是吸收中子，故C错误；水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害，故D正确．
例3 已知一个铀235核裂变时能释放200
MeV的能量，问
1
kg
铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少吨燃烧值为
2.94×107
J/kg的煤所放出的能量？
答案：2
789
t
反思领悟：解答此题的关键在于第一步如何把已知与所求联系起来，特别是要能考虑到利用原子量和阿伏加德罗常数来计算1
kg铀所含有的原子核数，然后一切问题便迎刃而解．
利用核子平均质量曲线判断核反应是吸热还是放热
图象法在中学物理中有广泛应用，原子核这一章中可以利用核子平均质量曲线来判断核反应是吸热还是放热．
创新 拓展 提升
精确的研究表明，原子核的质量虽然随着原子序数Z的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数Z有如图所示的关系．
从图象中可以看出中等质量的原子核的核子的平均质量较小，其比结合能较大；重核和轻核的核子的平均质量较大，其比结合能较小；其中Fe的平均质量最小．所以重核分裂成中等质量的核时，质量亏损，放出能量．同理，一些轻核结合成中等质量的核时也有质量亏损，放出能量．
例4 如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象．下列说法中正确的是( )
A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量
解析：由核子平均质量曲线图确定核反应前后的质量亏损情况，即可确定核反应是吸收能量还是释放能量．
由图可知Fe原子核的核子的平均质量最小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定放出核能，所以选项A正确，B错误．因为C、B的核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量，所以选项C正确，D错误．
答案：AC
