核反应核能
核能的定义和基本原理
核能的定义和基本原理核能是指由核反应释放的能量，它是一种非常强大的能源形式，并被广泛用于电力生产以及其他许多领域。
本文将介绍核能的定义和基本原理，从物理角度出发解释核能的产生和利用。
一、核能的定义核能是由原子核释放出的能量，它可以通过核反应得到。
核反应是指原子核中的核子重新组合或分裂，从而产生能量的过程。
核能是一种公认的高能量形式，其释放的能量是化学反应所能达到的数百万倍。
二、核能的基本原理核能的基本原理源于两种核反应方法：核融合和核裂变。
1. 核融合核融合是指两个轻核聚变成一个重核的过程。
在核融合中，轻核的原子核会融合形成一个更重的原子核，并释放出大量能量。
这是太阳和恒星内部产生能量的基本机制。
然而，实现核融合需要极高的温度和压力条件，目前还没有找到有效的方法来在地球上实现可控的核融合反应。
2. 核裂变核裂变是指放射性元素的原子核分裂成两个或更多的较轻核的过程。
核裂变产生的能量是巨大的，这也是当前广泛利用的一种核能形式。
核裂变可以用稳定的重核或放射性同位素进行，而放射性同位素常用于核电站中的核能产生。
核裂变中最常见的核反应是铀核裂变。
当铀-235核吸收中子时，它会分裂成两个较轻的核，并释放出大量的能量。
这个过程还会放出中子，这些中子又可以进一步引发其他铀核的裂变，形成一系列的连锁反应。
核裂变产生的能量可以通过控制反应过程，实现稳定的能源供应。
三、核能的应用核能广泛应用于电力生产和其他工业领域。
以下是几个常见应用：1. 核电站核电站利用核裂变将铀核转化为能量，通过控制反应过程产生大量的热能，然后使用蒸汽轮机转化为电力。
核电站具有高效、清洁的特点，可以提供持续稳定的电力供应。
2. 核医学核能在医学领域也有广泛应用。
放射性同位素可以被用来进行医学诊断和治疗。
例如，放射性同位素可以用于放射性核素扫描、肿瘤治疗和骨密度测量等。
3. 核能推进系统核能也被用于航天器的推进系统。
核热推进可以提供比传统化学推进更高的速度，从而减少了航天器的飞行时间和燃料消耗。
高中核物理-核反应：核能、重核裂变
介绍
mu 390.3139 1027 kg mBa 234.0016 1027 kg mKr 152.6047 1027 kg mn 1.6749 1027 kg
计算“质量亏损” Δm =(mu + mn)－(mBa + mKr + 3mn)= 0.3578×10－27kg ΔE = ΔmC2 = 201MeV 1kg铀完全裂变，释放的核能为：
解：
m =6.644929×10 -27kg
m p =1.672648×10 -27kg
me=9.11×10-31kg
将六个方程式相加，得到
4p
2 e +2 +
ΔE= mc2 =(4m p– m 2me )c 2 -
代入数字，经计算得到
ΔE=3.95×10-12 J
链式反应的示意图：
(3)重核裂变的应用
核电站
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 石墨、重水或普通水，用于减 减速剂： 小中子的速度 控制棒：镉，用于 吸收中子，控制 核反应的快慢。
原子弹： 不可控的核反应原子弹爆ຫໍສະໝຸດ 时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖
1.两个中子和两个质子可以结合成一个 氦核, 已知中子的质量是1.008665u, 质子的质量 是1.007276u, 氦核的质量是4.0026u, 求此核反 应的质量亏损和结合能, (1u=1.66×10-27千克, c=3×108米／秒)
解：△m＝0.029282u △E＝ △mc2=931.5 × 0.029282= 27.3MeV
或 △E ＝ △mc2
＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 ＝ 4.37 ×10－12J＝27.3MeV
核反应核能与裂变
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。 1 kg铀235全部裂变 放出的能量相当于2 800 t标准煤燃烧时释放的 能量，裂变时能产生几万度的高温。
二、核电站
解决能源危机根本途径——核能
1942年费米主持建立了世界上第一个“核反 应堆”，首次通过可控制的链式反应实现了核 能的释放。 核电站－秦山核电站 可开发的核裂变 燃料资源可使用 上千年。 核聚变资源可 使用几亿年。
(3)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。
核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少，一座百万千瓦级的核电站， 一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的火 电站每年要消耗250万吨优质煤。 (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。
链式反应的应用——核电站慢中子反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
（吸收中子）
燃料棒—铀棒
慢化剂
（速度与热运动速度相当的中子 最适合引发裂变，称热中子或慢 中子） （常用慢化剂有石墨、重水、和 普通水）
反应堆工作原理： (1)在核电站中，核反应堆是热源，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)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 器自动调节控制棒的升降，就能使反应堆 安全正常地工作。
核能和核反应堆
核能和核反应堆核能是一种强大的能源资源，它可以为人类提供大量的电力和热能。
核能的产生依赖于核反应堆，这是一种用于控制核反应并产生能量的设施。
本文将探讨核能的作用以及核反应堆的原理和分类。
一、核能的作用核能是目前广泛使用的一种清洁能源，它具有以下几个显著的作用：1. 提供电力：核能通过核反应堆转化为电能，为工业、商业和家庭提供电力。
相比于传统的化石燃料发电方式，核能发电不会产生大量的二氧化碳等温室气体，对环境影响较小。
2. 燃料资源丰富：核能的燃料主要是铀和钚等可再生资源，相对于煤炭和石油等有限资源来说，核能的燃料资源更加丰富，能够满足长期能源需求。
3. 促进经济发展：核能的运营需要大量的人力和设备投入，这对于就业和经济发展有着积极的推动作用。
同时，核能的稳定供应也能够保障工业和商业运作的稳定性。
二、核反应堆的原理核反应堆是核能发电的核心设施，它基于核裂变或核聚变的原理来产生能量。
核反应堆包括以下主要部分：1. 燃料元件：核反应堆内放置着铀或钚等可裂变材料，这些材料在核裂变反应中会释放出巨大的能量。
燃料元件的设计和选择对于反应堆的稳定性和效率至关重要。
2. 缓冲介质：核反应堆内还需要加入缓冲介质如水或气体，用于控制核反应的速率并吸收释放出的中子。
缓冲介质的选择与设计能够影响到核反应堆的安全性和效率。
3. 反应堆容器：核反应堆需要有一个密封的容器来承载核反应过程，容器要能够抵抗辐射和高温的侵蚀，并保证反应堆的稳定运行。
4. 控制装置：核反应堆需要有精确的控制装置，用于调节核反应的速率和水平。
这些控制装置包括可移动的棒状物质，可以插入或抽出核反应堆内，以防止核反应失控。
三、核反应堆的分类核反应堆按照反应过程的不同可以分为以下几类：1. 压水堆反应堆（PWR）：压水堆反应堆是目前最常见的核反应堆类型，其特点是使用轻水作为缓冲介质和冷却剂，并使用硼酸等物质来控制核反应的速率。
2. 沸水堆反应堆（BWR）：沸水堆反应堆与压水堆反应堆类似，同样使用轻水作为缓冲介质和冷却剂。
核能产生的原理及应用
核能产生的原理及应用原理简介核能是指从核反应中释放出的能量，这种能量主要来自于原子核内部的结合能。
核反应可以分为裂变和聚变两种类型。
在裂变过程中，重核被分裂成两个较轻的核，同时释放出大量能量；而在聚变过程中，两个轻核结合成一个重核，同样也伴随着能量的释放。
核能的释放过程主要依赖于两种核反应：核裂变和核聚变。
核裂变是指重核裂变为两个或多个轻核的过程，释放出大量的能量。
目前广泛使用的核裂变反应是铀-235的裂变反应，其中铀-235核裂变时释放的能量可以用来生成电力。
核聚变是指轻核聚合成较重核的过程，同样也伴随着巨大的能量释放。
然而，实现核聚变目前还面临一些技术挑战。
核能的应用1. 核能发电核能发电是核能利用的主要应用领域之一。
核能发电利用核裂变反应来生成高温和高压的蒸汽，然后使用蒸汽驱动涡轮机转动发电机来产生电力。
核能发电具有可靠、高效和低碳的特点，是许多国家的主要电力来源之一。
目前全球范围内核能发电已经很普遍，并为各行各业提供了可靠的电力供应。
2. 核医学核能在医学领域的应用主要包括核医学诊断和核医学治疗两方面。
核医学诊断主要通过核素引入人体，利用核素在人体内的分布和代谢情况来诊断疾病。
核医学治疗则是利用放射性药物来杀灭肿瘤细胞或治疗某些疾病。
核医学在癌症治疗、心血管疾病治疗以及甲状腺疾病治疗等方面发挥着重要的作用。
3. 核物理研究核能广泛应用于核物理研究领域。
通过核反应研究，人们能深入了解原子核的结构和性质，进而推动核物理学的发展。
核物理研究对于了解宇宙的演化和起源，以及研究基本粒子的行为有着重要的意义。
4. 环境改善核能还应用于环境改善领域。
例如，核能可用于替代传统的化石燃料发电方式，减少二氧化碳和其他有害气体的排放，从而减缓气候变化。
此外，核能也可以用于高效能源的生产，促进可持续发展并减少对自然资源的依赖。
5. 新能源发展随着对可持续发展和能源转型的需求增加，核能作为一种清洁、高效的能源形式受到越来越多的关注。
核能的释放与核反应方程式
核能的释放与核反应方程式核能是一种具有巨大能量的物理能源，其释放和反应过程可以通过核反应方程式来描述。
本文将从核能的释放机制和核反应方程式的基本构成入手，探讨核能的释放过程及其与核反应方程式的关系。
一、核能的释放机制核能的释放源自于核反应，其基本机制是核的裂变或聚变。
核裂变是指重核的原子核在撞击或受到辐射等外部作用下被分裂成两个或更多质量较小的原子核的过程。
核聚变是指两个或多个质量较小的原子核融合成一个质量较大的原子核的过程。
核裂变和核聚变过程中所释放的能量称为核能。
二、核反应方程式的基本构成核反应方程式是用来描述核能释放过程的数学表达式。
它由反应物、生成物和符号构成。
反应物为参与核反应的原子核或质子、中子等粒子；生成物则是核反应过程中形成的新的原子核或粒子。
符号表示了核反应过程中的各种粒子和反应特性等信息。
三、核能的释放过程1. 核裂变的释放过程核裂变过程中，重核的原子核受到中子的轰击，被撞击原子核发生裂变。
裂变产生更多的中子和两个或更多的质量较小的原子核，同时释放出大量的能量。
以铀核裂变为例，核反应方程式可表示为：U-235 + n -> Ba-141 + Kr-92 + 3n + E（能量）2. 核聚变的释放过程核聚变过程中，轻核的原子核受到高温高压等条件的控制，发生融合。
聚变产生一个质量较大的新原子核和释放出巨大的能量。
以氘和氚发生聚变为例，核反应方程式可表示为：D + T -> He-4 + n + E（能量）核能的释放过程主要通过核反应方程式的描述展现出来，不同的核反应有不同的核反应方程式，但均以物质的转化和能量的释放为特点。
四、核反应方程式与核能释放的关系核反应方程式是核能释放过程的精确描述，通过核反应方程式可以了解不同核反应所释放的能量大小和产物。
核反应方程式还可以用于计算核能的释放量，为核能利用和应用提供基础。
在实际应用中，核能的释放被广泛应用于核能发电、核武器等领域。
核反应核能质能方程
核反应核能质能方程一、考点聚焦核能．质量亏损．爱因斯坦的质能方程 Ⅱ要求核反应堆．核电站 Ⅰ要求重核的裂变．链式反应．轻核的聚变 Ⅰ要求可控热核反应． Ⅰ要求二、知识扫描1、 核反应在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变147N+42He 8O+11H 质子11H 的发觉方程 卢瑟福94Be+426C+10n 中子10n 的发觉方程 查德威克2、 核能〔1〕核反应中放出的能量称为核能〔2〕质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．〔3〕质能方程： 质能关系为Ｅ＝ｍｃ2原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ2 3、 裂变把重核分裂成质量较小的核，开释出的核能的反应，叫裂变典型的裂变反应是：23592Ｕ+Ｓr+13654Ｘe+1010ｎ 4．轻核的聚变把轻核结合成质量较大的核，开释出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应开释能量较多，典型的轻核聚变为：21Ｈ+Ｈe+10ｎ5．链式反应一个重核吸取一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时开释假设干个中子，假如这些中子再引起其它重核的裂变，就能够使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应三、好题精析例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子〔v 。
〕而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t 四氯乙烯〔C 2Cl 4〕溶液的巨桶．电子中微子能够将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为νe ＋3717Cl →3718Ar 十 0－1e3717Cl 核的质量为36.95658 u ，3718Ar 核的质量为36.95691 u ， 0－1e 的质量为0.00055 u ，1 u 质量对应的能量为931.5MeV.依照以上数据，能够判定参与上述反应的电子中微子的最小能量为〔A 〕0.82 Me V 〔B 〕0.31 MeV 〔C 〕1.33 MeV 〔D 〕0.51 MeV[解析] 由题意可得：电子中微子的能量E ≥E ∆=mc 2-〔m Ar +m e -m Cl 〕·931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5MeV=0.82MeV那么电子中微子的最小能量为 E min =0.82MeV[点评] 应用爱因斯坦质能方程时，注意单位的使用。
核聚变与核能发电核反应的能量释放
核聚变与核能发电核反应的能量释放核聚变是指将两个或两个以上的原子核聚变为一个更重的核的过程，这是太阳和恒星所采用的能量产生方法。
核聚变反应具有高能量释放、可持续性等优点，被广泛认为是未来清洁能源的解决方案。
本文将介绍核聚变反应的能量释放机制，以及核能发电的过程。
一、核聚变反应的能量释放机制核聚变反应的能量释放是由于核的质量差异引起的，具体过程如下所示：（1）核聚变反应前的核物质在核聚变反应之前，核物质是由稳定的原子核组成的。
核物质的结构稳定，核内的质子和中子数量满足一定的比例。
然而，核物质中存在着受到库伦排斥力的正电荷质子，维持核物质的稳定需要克服库伦排斥力的作用。
（2）核聚变反应的发生在特定条件下，如高温高压等环境下，两个轻核（如氘和氚）发生碰撞，核反应会被触发。
碰撞过程中，两个轻核会突破库伦排斥力的壁垒，核之间的距离变得相对较小，核力开始发挥作用。
（3）核聚变产生的能量核力的作用下，两个轻核逐渐靠近，最终合并为一个更重的核，同时释放出大量的能量。
在合并的过程中，质量减少的那部分质量将转化为能量，根据E=mc^2，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。
二、核能发电的过程核能发电利用核聚变反应产生的能量，主要流程如下所示：（1）核燃料供给核能发电所使用的燃料主要是铀和钚等放射性物质。
通常，核燃料以固体的形式装填在核反应堆中。
核能发电过程中，通过控制反应堆中的核燃料的浓度和反应速率，实现能量的可控释放。
（2）核反应堆中的核聚变反应核反应堆中，通过控制反应堆中的中子流的密度和速率，使得核燃料中的核聚变反应得以发生。
核聚变反应放出的高能中子会促进周围核燃料的裂变反应，进而释放更多的能量。
（3）能量转化与控制核能发电过程中产生的能量被转化为蒸汽能，并驱动涡轮发电机组转动，从而产生电能。
核能发电同时需要控制反应堆的温度和压力，以确保反应堆的安全性和稳定性。
三、核聚变与核裂变的比较核聚变和核裂变（目前主要使用的核能发电技术）在能量释放机制和应用上存在一些不同点，主要体现在以下几个方面：（1）反应过程核聚变是轻核的合并反应，而核裂变是重核的分裂反应。
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(4) 链式反应的条件：①要有足够浓度的 235U ；②铀块体积需 大于 临界体积，或铀块质量______ 大于 临界质量． ______ 2．轻核聚变
较重 的核，这样的核反应叫聚变． (1)定义：两个轻核结合成_____
(2)聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温．
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要点透析•直击高考
一、三种射线的比较 1．三种射线
种类 组成 带电荷量 质量 速度 在电磁场中 贯穿本领 对空气的 电离作用 在空气中 的径迹 α射线 高速氦核流 2e 4mp (mp＝1.67× 10－27 kg) 0.1c 偏转 最弱，用 纸能挡住 很强 粗、短、直 β射线 高速电子流 －e γ射线 高频电磁波 0 静止质 量为零 c(光速) 不偏转 最强，穿透几 厘米的铅板 很弱 最长 目录
mp 1836
0.99c 偏转 较强，穿透几 毫米的铝板 较弱 细、较长、 曲折
即时应用1 正确的是(
(2011· 高考浙江卷)关于天然放射现象，下列说法 )
A．α射线是由氦原子核衰变产生
B．β射线是由原子核外电子电离产生
C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生 D．通过化学反应不能改变物质的放射性 解析：选D.α射线是氦核流，A错；β射线是原子核内的一个中 子变成一个质子而放出的，B错；γ射线是原子核受激发而产
时间． 四、核能
电荷数 守恒,________ 质量数 守恒． 1．核反应规律：在核反应中,________
目录
2．核力 核子 之间存在的作用力． (1)概念：组成原子核的______ (2)核力特点 强相互作用 强力)的一种表现，在它的作用范围内， ①核力是____________( 核力比库仑力大得多． 短程 力，作用范围在1.5×10－15 m之内． ②核力是______
(2)铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的 反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为235 92U＋
1 89 1 0n ______ ― →144 Ba ＋ Kr ＋ 3 56 36 0n.
(3)链式反应： 由重核裂变产生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．
生的，C错；物质的放射性和半衰期与温度以及化合状态等无
关，由核本身的性质决定，故D项正确．
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二、原子核的衰变
1．原子核衰变规律
衰变类型 衰变方程 衰变实质 衰变规律 α 衰变 β 衰变 A A－ 4 4 A A 0 X → Y ＋ He X → Y ＋ － ＋ － Z Z 2 2 Z Z 1 1 e 2 个质子和 2 个中子 中子转化为 结合成一个整体射出 质子和电子 1 4 1 1 0 21 H ＋ 2 n → He n → H ＋ － 1e 1 0 2 0 1 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
目录
特别提醒：(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个
别或少数原子核，无半衰期可言.,(2)原子核衰变时质量数守恒，
核反应过程前、后质量发生变化(质量亏损)而释放出核能.
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即时应用 2 (2011· 高考山东卷)碘 131 核不稳定，会发生 β 衰 变，其半衰期为 8 天． (1)碘 131 核的衰变方程：13153I→__________(衰变后的元素用 X 表示)． (2)经过__________天有 75% 的碘 131 核发生了衰变．
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3．对半衰期的理解 (1)根据半衰期的概念，可总结出公式 1 t 1 t/τ N 余 ＝ N 原( ) ， m 余＝ m 原 ( ) 2τ 2 式中 N 原 、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量， N
余
、m
余
表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质
量， t 表示衰变时间， τ 表示半衰期． (2)影响因素： 放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定 的， 跟原子所处的物理状态 (如温度、 压强)或化学状态(如单质、 化合物 )无关．
131 0 解析：(1)根据质量数、电荷数守恒，131 53I→ 54X＋－ 1 e.
1 t 1 t (2)根据 m＝m0( ) 得：0.25m0＝m0( ) ，解得 t＝16 天． 2τ 28
答案：(1)13154X＋－ 1 0e (2)16
目录
三、核反应的四种类型
类型 衰 变 α 衰变 β 衰变 可控性 自发 自发 核反应方程典型
目录
2.确定衰变次数的方法 (1)设放射性元素A Z X 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后，变成稳
A 定的新元素Z ′ Y，则表示该核反应的方程为
′
A A′ 4 0 X → Z Z′ Y＋ n2He＋m－ 1e.
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A＝ A′＋4n， Z＝ Z′＋ 2n－ m. (2)确定衰变次数 ,因为 β 衰变对质量无影响 ,先由质量数的改变 确定 α 衰变的次数，然后再根据衰变规律确定 β 衰变的次数 .
相邻 的核子发生核力作用，这种性质称为核 ③每个核子只跟_____
力的饱和性． 3．质量亏损 E＝mc2 (1)爱因斯坦质能方程：_________. (2)质量亏损：原子核的质量_____ 小于 组成它的核子的质量之和的 现象．
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五、核裂变和核聚变 1．重核裂变ห้องสมุดไป่ตู้
质量较小 的原子核的核反应． (1)定义：使重核分裂成 __________
氦核 ，β射线是______ 电子 2．三种射线的本质：α射线是______ ， γ射 光子 线是_____ ． 三、原子核的衰变 新核 的变 1．衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成______ β衰变 ，并伴随着γ射线放出． α衰变 、________ 化．可分为________
半数 发生衰变所需要的 2．半衰期：放射性元素的原子核有______
238 234 4 92 U→ 90 Th＋ 2He 234 234 0 90 Th→ 91 Pa＋ －1e 14 4 17 1 7 N＋2He→ 8 O＋1H
人工转变
人工控制
(卢瑟福发现质子 ) 4 9 12 1 2He＋ 4Be→ 6 O＋0 n (查德威克发现中子 ) 27 4 (约里奥－ ,居里夫 13Al＋2He 1 →30 妇 ,发现放射 ,性同 15P＋0n 30 30 0 位素 ) 15P→14Si＋＋1e