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人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变课前预习课件ppt
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册4 核裂变与核聚变课前预习课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了目录索引，探究点一核裂变，探究点三核聚变等内容，欢迎下载使用。
1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件。(物理观念)2.了解裂变反应堆的工作原理及核电站和核能利用的优缺点。(物理观念)3.掌握核聚变的定义及发生条件。(物理观念)4.会判断和书写核裂变、核聚变方程,能计算核反应释放的能量。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、核裂变1.核裂变重核被 轰击后分裂成两个质量差不多的新核,并放出核能的过程。 2.链式反应由重核裂变产生的中子使核裂变反应再一代接一代继续下去的过程。
3.链式反应的条件发生裂变物质的体积大于 ,裂变物质的质量大于 。
铀块足够大,中子才有足够大的概率打中某个铀核
二、反应堆与核电站1.核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为 。 2.慢化剂反应堆中,为了使裂变产生的快中子减速,在铀棒周围要放“慢化剂”,常用的慢化剂有 、 和 。
原子弹是不可控制的链式反应
与慢化剂中的原子核碰撞减速
3.控制棒为了控制反应速度,还需要在铀棒之间插进一些镉棒,它吸收 的能力很强,反应过于激烈时,可将其插入 一些,多吸收一些 ,链式反应的速度就会慢一些,这种镉棒叫作 。 4.核污染的处理为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染,在反应堆外面需要修建很厚的 ,用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线,核废料具有很强的 ,需要装入特制的容器, 。
三、核聚变1.定义两个轻核结合成 的核的反应。 2.条件(1)轻核的距离要达到 以内。 (2)聚变可以通过 (几百万开尔文)来实现,因此又叫热核反应。 3.核反应举例(1)目前,热核反应主要应用在核武器上,如 。 (2)热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳就是一个巨大的 。
4.聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变产能效率 。 (2)地球上聚变燃料的储量 。 (3)轻核聚变更为 。 5.实现核聚变的方法(1)难点:地球上没有任何容器能够经受核聚变需要的高温。(2)方案:科学家设想了两种方案,即 和 。
情境链接1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功,你知道原子弹是利用什么反应释放能量的吗?
教材拓展阅读教材P123思考与讨论,思考实现热核反应存在的困难是什么?
提示 实现热核反应存在的困难是地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温。
易错辨析(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。( )(2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。( )(3)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。( )(4)核反应堆用过的核废料无毒无害。( )(5)核聚变平均每个核子放出的能量,比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大。( )(6)轻核聚变比核裂变更安全、清洁。( )
提示铀核的裂变是用中子轰击铀核发生的人工核反应。
提示核反应堆用过的核废料钡和氪都有放射性,污染环境。
观察铀核裂变示意图。
(1)铀核裂变是如何发生的?(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗?(3)铀核裂变在自然界中能自发进行吗?
要点提示 (1)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,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)铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应。(3)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。
1.铀核的裂变和裂变方程(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,同时放出两或三个中子,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。(3)常见的裂变方程
2.链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积。(2)铀块的质量大于临界质量。3.裂变反应的能量: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。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算,1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量,裂变时能产生几百万度的高温。
中子质量为1.008 7 u,氙(Xe)的质量为135.907 2 u,铀(U)235的质量为235.043 9 u,锶(Sr)90的质量为89.907 7 u(1 u相当于931.5 MeV的能量),则( )A.式中A的值为145B.式中Z的值为38C.该裂变反应中质量亏损为0.150 7 kgD.该裂变反应释放总能量约为140.377 1 MeV
解析 根据质量数守恒,可得A=235+1-(90+10×1)=136,A错误;根据电荷数守恒,可得Z=92-54=38,B正确;反应中的质量亏损为Δm=(235.043 9+1.008 7-135.907 2-89.907 7-10×1.008 7) u=0.150 7 u,C错误;该裂变反应释放总能量为E=0.150 7×931.5 MeV=140.377 05 MeV ≈140.377 1 MeV,D正确。
1.(2023山东德州一中高二月考)目前的核电站一般采用铀核裂变反应释放
罗常数为6.0×1023 ml-1。(1)写出铀核裂变的核反应方程。(2)若有1 ml的铀核发生核反应,释放的能量有50%转化为电能,求产生的电能。
(2)若有1 ml的铀核发生核反应,则释放的核能为E=NA×E1=6.0×1023×200 MeV=1.2×1026 MeV=1.92×1013 J产生的电能为E电=0.5E=9.6×1012 J。
探究点二 反应堆与核电站
1.16世纪初,麦哲伦完成了环球旅行,但损失惨重。四个世纪后,有核潜艇也环绕地球一周,不过这次航行全部在水下进行,为什么核潜艇有如此强大的航海本领?
要点提示 核潜艇是利用核反应堆作为动力装置,核反应堆和蒸汽发生器装在舰体的堆仓内,核反应堆靠裂变释放大量的能量,使冷却水达到较高的温度,在蒸汽发生器里产生蒸汽,驱动装在机舱内的蒸汽轮机推动核潜艇前进,由于反应堆运行不需要来自水面上的空气,所以核潜艇能够长时间在水下航行。
2.下图为核电站工作流程示意图。
(1)核电站的核心设施是什么?(2)核电站是如何实现能量的转化与转移的?
要点提示 (1)核电站的核心设施是核反应堆。(2)通过热交换器将核反应中产生的热量输送出来,推动汽轮机工作。
1.核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆,它的主要部件列表如下:
2.反应堆的工作原理核反应释放的能量通过水、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。3.核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少。(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大,所能提供的能量大。(3)对环境的污染要比火力发电小。
【例2】 (多选)(2023辽宁鞍山高二期末)某重核裂变的一个重要的核反应
1.008 7 u。1 u相当于931.5 MeV的能量,1 kg标准煤完全燃烧产生的热量约为2.9×107 J,则下列说法正确的是( )A.利用速度很大的快中子容易轰击开铀235B.裂变反应堆中,镉棒的作用是吸收中子,控制反应速度C.要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积D.1 kg铀全部裂变所放出的能量约为2.82×106 kg标准煤完全燃烧时放出的热量
解析 速度很大的快中子不容易被铀235俘获,则需要慢中子轰击铀核才容易发生裂变反应,A错误;裂变反应堆中,中子的数量是控制反应速度的关键,故镉棒的作用是吸收中子,控制反应速度,B正确;要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积,C正确;铀核裂变的核反应方程是
=(235.043 9+1.008 7) u-(140.913 9+91.897 6+3×1.008 7) u=0.215 u,释放的核能为ΔE=0.215×931.5 MeV=200 MeV,已知235 g铀有6.02×1023个铀核,
2.如图是慢中子反应堆的示意图,对该反应堆,下列说法正确的是( )
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C.控制棒由镉做成,当反应过于激烈时,使控制棒插入浅一些,让它少吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些D.要使裂变反应更激烈一些,应使控制棒插入深一些,使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子,链式反应的速度就会快一些
解析 快中子容易与铀235擦肩而过,快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应,选项B正确,A错误;控制棒由镉做成,镉吸收中子的能力很强,当反应过于激烈时,使控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些,选项C、D错误。
万物生长靠太阳,太阳在我们日常生活中是不可替代的,它提供给地球足够的能源,如果太阳没有了,那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗?
要点提示 来源于太阳内部的核聚变反应。
1.聚变发生的条件、方法(1)条件:要使轻核聚变,必须使轻核接近核力发生作用的距离为10-15 m。(2)方法:把轻核加热到几百万开尔文的高温。2.核聚变方程
3.核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。(2)热核反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就可以使反应进行下去。(3)普遍性:热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳就是一个巨大的热核反应堆。4.核聚变的应用(1)核武器——氢弹:一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。(2)可控热核反应:目前处于探索阶段。
5.重核裂变与轻核聚变的区别
【例3】 我国可控核聚变技术已经走在了世界前列,“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置,又被称为“人造太阳”。其原理是让海水中大量存在的氘和氚原子在高温高密度条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提
量m=1.008 7 u的粒子,同时释放出能量。已知氘核质量m氘=2.014 1 u,氚核质量m氚=3.016 0 u,氦核质量m氦=4.002 6 u,根据爱因斯坦的质能方程可知1 u相当于931.5 MeV=1.49×10-10 J,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 ml-1,氘核的摩尔质量M氘=2 g·ml-1。
(1)写出该核聚变反应的核反应方程式,并计算一次核聚变反应中释放的核能。(保留2位有效数字)(2)未来建设一座应用此反应的热核发电站,若该发电站的功率P=5×108 W,计算理论上该发电站一年(3.15×107 s)大约需要多少千克的氘。
反应中的质量亏损为Δm=m氘+m氚-(m氦+m)=0.018 8 u则ΔE=0.018 8×1.49×10-10 J=2.8×10-12 J。
(2)该发电站一年产生的电能E=Pt代入数据求得E=1.575×1016 J
代入数据解得mH=18.75 kg。
u,1 u相当于931.5 MeV的能量,则下列说法正确的是( )A.X是质子B.该核聚变反应过程中释放的能量约为55.6 MeVC.该反应中生成物的结合能之和大于反应物的结合能之和D.该反应存在质量亏损,根据ΔE=Δmc2可知,部分质量转化成了能量
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知X是中子,故A错误;该核聚变反应过程中释放的能量约为ΔE=(2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u) ×931.5 MeV=17.6 MeV,故B错误;核聚变反应是放热反应,生成物的结合能之和一定大于反应物的结合能之和,故C正确;爱因斯坦的质能方程ΔE=mc2说明一定的质量与一定的能量相对应,但是质量和能量不能相互转化,故D错误。
1.(核反应堆)(多选)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,对周边环境产生了巨大的危害。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.控制棒插入核反应堆芯后,被吸收的中子数量变多C.核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D.核泄漏中放射性物质对人类是有害的
解析 控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制,选项A、B正确;泄漏中放射性物质对周边环境产生了巨大的危害,选项D正确;因为是核裂变反应且有能量释放,可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小,故C错误。
核的质量,mn表示n粒子的质量,c为真空中的光速,下列说法正确的是( )A.该核反应过程中质量有所增加B.链式反应能否发生跟铀原料的体积有关
D.该核反应中放出的核能为(mU-mBa-mKr-3mn)c2
解析 核裂变的过程中释放核能,根据爱因斯坦质能方程可知,该核反应过程中质量有所减少,故A错误;根据链式反应的条件可知,铀块体积必须达到临界体积,有中子通过时,才能发生链式反应,故B正确;核裂变产物
3.(核裂变和核反应堆)(多选)一核电站年发电量约4.5×1010 kW·h,发电效率约34%。已知一个铀235裂变时释放的能量约为200 MeV,下列说法正确的是( )A.每年需要约5×1028个铀235发生裂变B.每年铀235亏损的质量约为5.3 kgC.铀235发生链式反应的条件与铀块的体积有关D.为控制裂变反应速度常用石墨、重水和普通水作为慢化剂
1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件。(物理观念)2.了解裂变反应堆的工作原理及核电站和核能利用的优缺点。(物理观念)3.掌握核聚变的定义及发生条件。(物理观念)4.会判断和书写核裂变、核聚变方程,能计算核反应释放的能量。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、核裂变1.核裂变重核被 轰击后分裂成两个质量差不多的新核,并放出核能的过程。 2.链式反应由重核裂变产生的中子使核裂变反应再一代接一代继续下去的过程。
3.链式反应的条件发生裂变物质的体积大于 ,裂变物质的质量大于 。
铀块足够大,中子才有足够大的概率打中某个铀核
二、反应堆与核电站1.核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为 。 2.慢化剂反应堆中,为了使裂变产生的快中子减速,在铀棒周围要放“慢化剂”,常用的慢化剂有 、 和 。
原子弹是不可控制的链式反应
与慢化剂中的原子核碰撞减速
3.控制棒为了控制反应速度,还需要在铀棒之间插进一些镉棒,它吸收 的能力很强,反应过于激烈时,可将其插入 一些,多吸收一些 ,链式反应的速度就会慢一些,这种镉棒叫作 。 4.核污染的处理为避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染,在反应堆外面需要修建很厚的 ,用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线,核废料具有很强的 ,需要装入特制的容器, 。
三、核聚变1.定义两个轻核结合成 的核的反应。 2.条件(1)轻核的距离要达到 以内。 (2)聚变可以通过 (几百万开尔文)来实现,因此又叫热核反应。 3.核反应举例(1)目前,热核反应主要应用在核武器上,如 。 (2)热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳就是一个巨大的 。
4.聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变产能效率 。 (2)地球上聚变燃料的储量 。 (3)轻核聚变更为 。 5.实现核聚变的方法(1)难点:地球上没有任何容器能够经受核聚变需要的高温。(2)方案:科学家设想了两种方案,即 和 。
情境链接1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功,你知道原子弹是利用什么反应释放能量的吗?
教材拓展阅读教材P123思考与讨论,思考实现热核反应存在的困难是什么?
提示 实现热核反应存在的困难是地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温。
易错辨析(1)铀核的裂变是一种天然放射现象。( )(2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。( )(3)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度。( )(4)核反应堆用过的核废料无毒无害。( )(5)核聚变平均每个核子放出的能量,比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大。( )(6)轻核聚变比核裂变更安全、清洁。( )
提示铀核的裂变是用中子轰击铀核发生的人工核反应。
提示核反应堆用过的核废料钡和氪都有放射性,污染环境。
观察铀核裂变示意图。
(1)铀核裂变是如何发生的?(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗?(3)铀核裂变在自然界中能自发进行吗?
要点提示 (1)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,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)铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应。(3)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。
1.铀核的裂变和裂变方程(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,同时放出两或三个中子,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。(3)常见的裂变方程
2.链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积。(2)铀块的质量大于临界质量。3.裂变反应的能量: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。一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算,1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量,裂变时能产生几百万度的高温。
中子质量为1.008 7 u,氙(Xe)的质量为135.907 2 u,铀(U)235的质量为235.043 9 u,锶(Sr)90的质量为89.907 7 u(1 u相当于931.5 MeV的能量),则( )A.式中A的值为145B.式中Z的值为38C.该裂变反应中质量亏损为0.150 7 kgD.该裂变反应释放总能量约为140.377 1 MeV
解析 根据质量数守恒,可得A=235+1-(90+10×1)=136,A错误;根据电荷数守恒,可得Z=92-54=38,B正确;反应中的质量亏损为Δm=(235.043 9+1.008 7-135.907 2-89.907 7-10×1.008 7) u=0.150 7 u,C错误;该裂变反应释放总能量为E=0.150 7×931.5 MeV=140.377 05 MeV ≈140.377 1 MeV,D正确。
1.(2023山东德州一中高二月考)目前的核电站一般采用铀核裂变反应释放
罗常数为6.0×1023 ml-1。(1)写出铀核裂变的核反应方程。(2)若有1 ml的铀核发生核反应,释放的能量有50%转化为电能,求产生的电能。
(2)若有1 ml的铀核发生核反应,则释放的核能为E=NA×E1=6.0×1023×200 MeV=1.2×1026 MeV=1.92×1013 J产生的电能为E电=0.5E=9.6×1012 J。
探究点二 反应堆与核电站
1.16世纪初,麦哲伦完成了环球旅行,但损失惨重。四个世纪后,有核潜艇也环绕地球一周,不过这次航行全部在水下进行,为什么核潜艇有如此强大的航海本领?
要点提示 核潜艇是利用核反应堆作为动力装置,核反应堆和蒸汽发生器装在舰体的堆仓内,核反应堆靠裂变释放大量的能量,使冷却水达到较高的温度,在蒸汽发生器里产生蒸汽,驱动装在机舱内的蒸汽轮机推动核潜艇前进,由于反应堆运行不需要来自水面上的空气,所以核潜艇能够长时间在水下航行。
2.下图为核电站工作流程示意图。
(1)核电站的核心设施是什么?(2)核电站是如何实现能量的转化与转移的?
要点提示 (1)核电站的核心设施是核反应堆。(2)通过热交换器将核反应中产生的热量输送出来,推动汽轮机工作。
1.核电站的主要组成核电站的核心设施是核反应堆,它的主要部件列表如下:
2.反应堆的工作原理核反应释放的能量通过水、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。3.核电站发电的优点(1)消耗的核燃料少。(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大,所能提供的能量大。(3)对环境的污染要比火力发电小。
【例2】 (多选)(2023辽宁鞍山高二期末)某重核裂变的一个重要的核反应
1.008 7 u。1 u相当于931.5 MeV的能量,1 kg标准煤完全燃烧产生的热量约为2.9×107 J,则下列说法正确的是( )A.利用速度很大的快中子容易轰击开铀235B.裂变反应堆中,镉棒的作用是吸收中子,控制反应速度C.要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积D.1 kg铀全部裂变所放出的能量约为2.82×106 kg标准煤完全燃烧时放出的热量
解析 速度很大的快中子不容易被铀235俘获,则需要慢中子轰击铀核才容易发生裂变反应,A错误;裂变反应堆中,中子的数量是控制反应速度的关键,故镉棒的作用是吸收中子,控制反应速度,B正确;要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积,C正确;铀核裂变的核反应方程是
=(235.043 9+1.008 7) u-(140.913 9+91.897 6+3×1.008 7) u=0.215 u,释放的核能为ΔE=0.215×931.5 MeV=200 MeV,已知235 g铀有6.02×1023个铀核,
2.如图是慢中子反应堆的示意图,对该反应堆,下列说法正确的是( )
A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C.控制棒由镉做成,当反应过于激烈时,使控制棒插入浅一些,让它少吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些D.要使裂变反应更激烈一些,应使控制棒插入深一些,使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子,链式反应的速度就会快一些
解析 快中子容易与铀235擦肩而过,快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应,选项B正确,A错误;控制棒由镉做成,镉吸收中子的能力很强,当反应过于激烈时,使控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些,选项C、D错误。
万物生长靠太阳,太阳在我们日常生活中是不可替代的,它提供给地球足够的能源,如果太阳没有了,那么地球上的一切生物都将随之消失。你知道太阳的能量来源吗?
要点提示 来源于太阳内部的核聚变反应。
1.聚变发生的条件、方法(1)条件:要使轻核聚变,必须使轻核接近核力发生作用的距离为10-15 m。(2)方法:把轻核加热到几百万开尔文的高温。2.核聚变方程
3.核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。(2)热核反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就可以使反应进行下去。(3)普遍性:热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳就是一个巨大的热核反应堆。4.核聚变的应用(1)核武器——氢弹:一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸。(2)可控热核反应:目前处于探索阶段。
5.重核裂变与轻核聚变的区别
【例3】 我国可控核聚变技术已经走在了世界前列,“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置,又被称为“人造太阳”。其原理是让海水中大量存在的氘和氚原子在高温高密度条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提
量m=1.008 7 u的粒子,同时释放出能量。已知氘核质量m氘=2.014 1 u,氚核质量m氚=3.016 0 u,氦核质量m氦=4.002 6 u,根据爱因斯坦的质能方程可知1 u相当于931.5 MeV=1.49×10-10 J,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 ml-1,氘核的摩尔质量M氘=2 g·ml-1。
(1)写出该核聚变反应的核反应方程式,并计算一次核聚变反应中释放的核能。(保留2位有效数字)(2)未来建设一座应用此反应的热核发电站,若该发电站的功率P=5×108 W,计算理论上该发电站一年(3.15×107 s)大约需要多少千克的氘。
反应中的质量亏损为Δm=m氘+m氚-(m氦+m)=0.018 8 u则ΔE=0.018 8×1.49×10-10 J=2.8×10-12 J。
(2)该发电站一年产生的电能E=Pt代入数据求得E=1.575×1016 J
代入数据解得mH=18.75 kg。
u,1 u相当于931.5 MeV的能量,则下列说法正确的是( )A.X是质子B.该核聚变反应过程中释放的能量约为55.6 MeVC.该反应中生成物的结合能之和大于反应物的结合能之和D.该反应存在质量亏损,根据ΔE=Δmc2可知,部分质量转化成了能量
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知X是中子,故A错误;该核聚变反应过程中释放的能量约为ΔE=(2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u) ×931.5 MeV=17.6 MeV,故B错误;核聚变反应是放热反应,生成物的结合能之和一定大于反应物的结合能之和,故C正确;爱因斯坦的质能方程ΔE=mc2说明一定的质量与一定的能量相对应,但是质量和能量不能相互转化,故D错误。
1.(核反应堆)(多选)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,对周边环境产生了巨大的危害。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.控制棒插入核反应堆芯后,被吸收的中子数量变多C.核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D.核泄漏中放射性物质对人类是有害的
解析 控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制,选项A、B正确;泄漏中放射性物质对周边环境产生了巨大的危害,选项D正确;因为是核裂变反应且有能量释放,可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小,故C错误。
核的质量,mn表示n粒子的质量,c为真空中的光速,下列说法正确的是( )A.该核反应过程中质量有所增加B.链式反应能否发生跟铀原料的体积有关
D.该核反应中放出的核能为(mU-mBa-mKr-3mn)c2
解析 核裂变的过程中释放核能,根据爱因斯坦质能方程可知,该核反应过程中质量有所减少,故A错误;根据链式反应的条件可知,铀块体积必须达到临界体积,有中子通过时,才能发生链式反应,故B正确;核裂变产物
3.(核裂变和核反应堆)(多选)一核电站年发电量约4.5×1010 kW·h,发电效率约34%。已知一个铀235裂变时释放的能量约为200 MeV,下列说法正确的是( )A.每年需要约5×1028个铀235发生裂变B.每年铀235亏损的质量约为5.3 kgC.铀235发生链式反应的条件与铀块的体积有关D.为控制裂变反应速度常用石墨、重水和普通水作为慢化剂
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