第6节 核裂变
[随堂巩固]
1．(链式反应)链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是
A．质子 B．中子
C．β粒子 D．α粒子
解析 在重核的裂变中，铀235需要吸收一个慢中子后才可以发生裂变，所以重核裂变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是中子。
答案 B
2．(核裂变方程)一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n→X＋Sr＋2n，则下列说法正确的是
A．X的原子核中含有86个中子
B．X的原子核中含有141个核子
C．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少
D.U是天然放射性元素，它的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短也可能变长
解析 X原子核中的核子数为235＋1－94－2＝140，选项B错误；质子数为92－38＝54，中子数为140－54＝86，选项A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但总质量数不变，选项C错误；半衰期不随外界环境变化而变化，选项D错误。
答案 A
3．(核电站工作原理)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
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。
答案 A
4．(核裂变中核能计算)U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200 MeV的能量，现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料，假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol－1)
解析 每天发电的总量
E＝24×3.6×103×5×108 J＝4.32×1013 J。
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目
n＝＝1.35×1024。
则对应的质量
m＝·μ＝×235×10－3 kg≈0.527 kg。
答案 0.527 kg
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题组一 核裂变及链式反应
1.U吸收一个慢中子后，分裂成Xe和Sr。还放出
A．1个α粒子 B．3个中子
C．10个中子 D．10个质子
解析 设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可知
解得
由此判定该核反应放出的一定是中子，且个数是10，选项C正确。
答案 C
2．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%。为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是
A.U＋n→Sr＋Xe＋10n
B.Na→Mg＋ 0－1e
C.N＋He→O＋H
D.U→Th＋He
解析 重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变。
答案 A
3．(多选)下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程式：U＋n→Xe＋Sr＋10n，已知铀235的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中
A．质量亏损为Δm＝235.043 9 u＋1.008 7 u－89.907 7 u－135.907 2 u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931 MeV
解析 计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用“u”或“kg”作单位，故A错误，B正确；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931 MeV”计算总能量，故D正确，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳，故C错误。
答案 BD
4．(多选)由9.0级地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统，导致大量I泄漏在大气中，I是一种放射性物质，会发生β衰变而变成Xe元素。下列说法中正确的是
A．福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电
B.I发生β衰变的方程式为I→Xe＋e
C.I原子核内有53个质子，78个中子
D．如果将碘131的温度降低到0度以下，可以延缓其衰变速度
解析 核电站是利用核裂变来发电，A错误；根据原子核的结构和方程式书写规则可判B、C正确；半衰期与物质所处的物理、化学状态无关，D错误。
答案 BC
5．(多选)关于铀核裂变，下述说法中正确的是
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
解析 铀核受到中子的轰击，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，需使铀块体积不小于临界体积。故选项B、C正确。
答案 BC
题组二 核电站
6．(多选)关于原子核反应堆，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，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，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，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，D正确。
答案 ABD
7．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是
A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度
B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量
D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度
解析 镉棒不是离子源不会释放中子，A错误；也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误；镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强时，控制棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出少吸收中子，故C正确。
答案 C
8．俄罗斯“库尔斯克”号多功能核动力潜艇在巴伦支海海域沉入海底，艇上118名官兵全部遇难，消息传出，世界震惊。
(1)核潜艇的动力来源是
A．放射性元素衰变释放的能量
B．重金属放出的化学能
C．重核裂变放出的核能
D．轻核聚变放出的核能
(2)(多选)在巴伦支海，几十年来，人们在那里倾泻了不少核废料，这些核废料占沉没到全球海洋全部核物质的。前苏联的一艘核潜艇“共青团员”号在1989年沉没此海的1 600 m深处，已开始释放核物质，在科拉半岛上有100多艘已退役的核潜艇停泊在港口，部分已开始泄漏核废料，“库尔斯克”号的沉没再次引起人们的恐慌。
核废料对海洋环境将长期起污染作用，其原因是
A．铀和钚衰变速度很快
B．核废料存在放射性
C．核废料半衰期很长
D．核废料中的重金属有毒
(3)核物质的放射性导致海洋生物发生变异，放射性导致生物体的
A．细胞灼伤 B．基因突变
C．基因互换 D．基因重组
(4)放射性对生物体造成损伤，其物理机制是
A．热作用 B．电离作用
C．穿透作用 D．物理化学作用
答案 (1)C (2)BCD (3)B (4)D
题组三 综合应用
9．在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损Δm＝0.215 3 u，那么，一个铀核裂变释放的能量为多少？反应中平均每个核子释放的能量为多少？
解析 由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.215 3×931.25 MeV≈200 MeV。
铀核中含有235个核子，所以平均每个核子放出的能量≈0.85 MeV。
答案 200 MeV 0.85 MeV
10．(1)(多选)2020年以前我国将新增投产2 300万千瓦的核电站，核电站与火电站相比较，其优势在于
A．核燃料释放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，地球上核燃料资源远大于煤炭
C．在经济效益方面核电与火电不相上下
D．核电站没有任何污染
E．核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理
(2)在各种能源中，核能具有能量密度大、地区适宜性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能，核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。
①核反应方程U＋n―→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X＝______，a＝________，以mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中的传播速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE＝________。
②有一座发电能力为P＝1.00×106 kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应为①中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，U核的质量mU＝390×10－27 kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的U的质量。
解析 (1)核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量A项正确；就可采储量所提供的能量来说，远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错；在经济效益方面核电与火电不相上下，C项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D错；本题要说优势，E应不属于优势。
(2)①铀235裂变除生成Ba、Kr外，还产生适当数目的中子，即式中的X为中子，由电荷数和质量数守恒得产生的中子的个数为a＝235＋1－141－92＝3。
反应过程中的质量亏损
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝mU－mBa－mKr－2mn
故核能ΔE＝Δmc2＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2
②反应堆每年提供的核能E总＝，
其中T表示1年的时间。
以M表示每年消耗的 U的质量，
得M∶mU＝E总∶ΔE，
解得M＝，
代入数据得M＝1.10×103 kg。
答案 (1)AC (2)①n 3 Δmc2＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2 ②1.10×103 kg
课件24张PPT。第6节 核裂变[学习目标]
1．知道什么是核裂变。
2．知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能。
3．了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及如何防止核污染。中子 一代接一代 2 800吨 反应堆 铀棒 石墨重水或普通水 吸收中子 核燃料裂变 热量 水泥层 裂变反应 放射性 × × √ √ √ × [答案] D答案 见解析 [答案] C答案 A本讲结束
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