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第五节裂变和聚变第四章原子核1.知道什么是核裂变和核聚变及它们反应的特点．2.知道链式反应．3.能写出聚变方程并计算聚变能量．4．了解受控热核反应．一、核裂变与链式反应1．核裂变：比较____的一个核分裂成两个较____的核时，会______能量，这种核反应叫做核裂变．2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做__________．重轻释放链式反应3．典型例子(1)铀核裂变的反应方程23592U＋10n→________＋8936Kr＋310n.(2)铀核发生链式反应的条件①要有足够浓度的铀235；②要有足够数量的慢中子；③铀块的体积不小于__________．14456Ba临界体积1．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．()(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．()(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．()×√×二、受控热核反应1．核聚变：比较轻的两个轻核______成一个较重的核时，会______能量，这种核反应叫做核聚变．2．热核反应：要使核发生聚变，必须使它们接近到10－15m，也就是接近到______能够发生作用的范围．物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电子已经完全和原子脱离，这时小部分原子核就具有足够的动能，能够克服相互间的库仑斥力，在互相碰撞中接近到可以发生______的程度，因此，这种反应又叫做热核反应．聚合释放核力聚变3．核反应举例：21H＋31H→________＋10n.4．受控热核反应：如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在__________下逐渐地释放出来并加以利用，这称为受控热核反应．42He人工控制2．(1)核聚变时吸收能量．()(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．()(3)热核反应主要用在核武器上，那就是原子弹．()×√×铀核裂变及链式反应1．裂变的解释：重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的距离增大，核力减小不足以抵消质子间的库仑斥力而恢复原状，最后分裂成两部分，同时放出中子．2．裂变过程为什么能放出能量中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定．如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量.23592U的裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210n23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n在重核裂变过程中，核反应满足电荷数守恒和质量数守恒．但反应前后静质量不同，发生了质量亏损，释放出能量．3．重核裂变的条件如果铀块体积不够大，生成的中子从铀块中通过时可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，所以发生链式反应时铀块的体积必须大于临界体积．(1)重核裂变是人为的核反应，自然界中不会自发的产生裂变．(2)用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放出更多的中子又引起其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，形成了裂变的链式反应．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n.下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响[解析]根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的10n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误．[答案]AC对核聚变的理解和计算1．从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放热反应．例如：21H＋31H―→10n＋42He＋17.60MeV.2．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，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．3．特点：聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去．4．应用(1)核武器——氢弹．(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.018u.(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能有多大？(3)平均每个核子释放的能量有多大？[解析](1)聚变方程为11H＋210n→31H.(2)质量亏损Δm＝mH＋2mn－m＝(1.0073＋2×1.0087－3.018)u＝0.0067u.释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0067×931.5MeV≈6.24MeV.(3)平均每个核子释放的能量为6.243MeV≈2.08MeV.[答案](1)11H＋210n→31H(2)6.24MeV(3)2.08MeV(1)核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据．(2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE＝Δmc2进行计算．轻核聚变与重核裂变的区别(1)裂变反应是目前核能利用中常用的反应．以原子核23592U为燃料的反应堆中，当23592U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为23592U＋10n→13954Xe＋9438Sr＋310n235.04391.0087138.917893.9154(2)一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.018u.已知1u的质量对应的能量为931.5MeV.求上述两个核反应中，平均每个核子释放的能量．[解析](1)Δm＝m前－m后＝(235.0439＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087)u＝0.1933u平均每个核子释放的能量为ΔE235＝0.1933×931.5235MeV≈0.766MeV.(2)质量亏损Δm＝mH＋2mn－m＝(1.0073＋2×1.0087－3.018)u＝0.0067u平均每个核子释放的能量为ΔE3＝0.0067×931.53MeV≈2.08MeV.[答案](1)0.766MeV(2)2.08MeV重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多重核裂变轻核聚变原料的蕴藏量核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富.1L海水中大约有0.03g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300L汽油相当可控性速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它