2017裂变和聚变

核裂变核聚变一、核裂变和链式反应答案(1)铀核的裂变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，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应．(2)重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生．铀核裂变不会自发地进行，要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应．总结:1．核裂变：把重核分裂成几个中等质量原子核的现象．2．铀核裂变方程举例23592U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n3．链式反应由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．4．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积或铀块的质量大于临界质量．(2)有足够数量的慢中子．二、核电站1．核电站是利用核能发电的装置，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒．(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水作慢化剂；(3)控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的能力很强的特性，控制链式反应的速度．2．工作原理核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高．利用水或液态的金属钠等流体把反应堆内的热量传输出去，用于发电．三、裂变过程中核能的分析与计算重核裂变为什么能释放核能？人们获得核能的途径有哪些？通过图1说明．图1答案中等质量的原子核的核子的平均质量较小，重核和轻核的核子的平均质量较大．如果原子序数较大的重核A分裂成原子序数小一些的核B和C，会有质量亏损，放出巨大的核能．获得核能的主要途径：一是重核裂变，二是轻核聚变．总结：铀核裂变释放核能的计算1．首先算出裂变反应中的质量亏损Δm.2．根据ΔE＝Δmc2计算释放的核能计算时要注意Δm与ΔE单位的对应关系：若Δm用kg做单位，则ΔE用J做单位；若Δm用u 做单位，则ΔE用MeV做单位，1 u相当于931.5 MeV的能量．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)，则铀块裂变释放的核能E＝nΔE.四、核聚变(热核反应)1．定义：把轻原子核聚合成较重原子核的反应称为聚变反应，简称核聚变．也称热核反应．2．热核反应举例：21H＋31H→42He＋10n3．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，这要克服电荷间强大的库仑斥力作用，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，有一种方法就是给它们加热，使物质达到108 K以上的高温．4．重核裂变与轻核聚变的区别一、对重核裂变的理解及核能的计算1关于重核的裂变，下列说法正确的是()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的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少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.2用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒就可以写出核反应方程．铀核裂变方程为10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n，根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝0.357 8×10－27 kg.ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(3×108)2 J＝3.220 2×10－11 J.答案10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J二、对轻核聚变的理解及核能计算多3据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是. ...A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB．“人造太阳”的核反应方程是235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310nC．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同4太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(已知质子质量为m H＝1.007 3 u，氦核质量为m He ＝4.001 5 u，电子质量为m e＝0.000 55 u)(结果在小数点后保留两位有效数字)(1)写出这个核反应方程．(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？解析(1)由题意可得核反应方程应为411H→42He＋20＋1e.(2)反应前的质量m1＝4m H＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u，反应后的质量m2＝m He＋2m e＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4．002 6 u，Δm＝m1－m2＝0.026 6 u，由质能方程得，释放能量ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV.(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得太阳每秒减少的质量Δm ＝ΔE c 2＝3.8×1026(3×108)2kg ≈4.22×109 kg.答案 (1)411H →42He ＋2＋1e (2)24.78 MeV(3)4.22×109 kg重核的裂变,核聚变⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧核裂变⎩⎪⎨⎪⎧ 定义及发现链式反应的条件⎩⎪⎨⎪⎧ V≥V 临足够的慢中子应用⎩⎪⎨⎪⎧ 原子弹核电站核聚变⎩⎪⎨⎪⎧定义聚变发生的条件1．(对重核裂变的理解)关于铀核裂变，下列说法正确的是( ) 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数目不等的中子 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 答案 BC解析 铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是多种多样的，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，并放出数目不等的中子，A 选项错误，B 选项正确．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 以上的中子时才能引起裂变，且裂变的几率小，C 选项正确．而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，D 选项错误．4．(对轻核聚变的核能计算)一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核(42He)，同时放出一个中子，已知氘核质量为m 1＝2.014 1 u ，氚核质量为m 2＝3.016 0 u ，氦核质量为m 3＝4.002 6 u ，中子质量为m 4＝1.008 665 u ，求： (1)写出聚变的核反应方程；(2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？答案 (1)21H ＋31H →42He ＋10n(2)17.5 MeV 3.5 MeV解析 (1)核反应方程为21H ＋31H →42He ＋10n.(2)此反应过程的质量亏损为Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 0 u －4.002 6 u －1.008 665 u ＝0.018 835 u ， ΔE ＝Δmc 2＝0.018 835×931.5 MeV ≈17.5 MeV . 平均每个核子释放的核能为17.55MeV ＝3.5 MeV .题组一 对重核裂变的理解及核能计算 1．下列核反应中，属于核裂变反应的是....A.10 5B ＋10n →73Li ＋42He B.238 92U →234 90Th ＋42He C.14 7N ＋42He →17 8O ＋11H D.235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n 2．为使链式反应平稳进行，下列办法可行的是... 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，不能直接用来轰击铀核，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235 92U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为235 92U ＋10n →X＋9438Sr ＋210n ，则下列叙述正确的是( )A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少答案A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140－(92－38)＝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．4．秦山核电站第三期工程中有两个6×105 kW发电机组已实现并网发电．发电站的核能来源于23592 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23592U的体积来控制的B.23592U的一种可能裂变为23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nC.23592U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答案B解析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；23592U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；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；核电站的核能是清洁能源，污染少，D错．6．关于聚变，以下说法正确的是()A．两个氘核可以聚变成一个中等质量的原子核，同时释放出能量B．同样质量的物质发生核聚变反应时放出的能量比同样质量的物质发生核裂变反应时释放的能量大得多C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应的原子核必须有足够大的动能答案BD7．下列关于聚变的说法中，正确的是()A．要使聚变产生，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，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹可以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答案ABC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，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力发生作用的范围，实验证实，原子核的温度必须达到几百万开尔文时才有这样的能量，这样高的温度可以利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳和许多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，D错误．。