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第五节 裂变和聚变,目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,二,一,一、核裂变与链式反应 1.核裂变:重核分裂为两个或两个以上的较轻质量的核的反应. 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,让核裂变的过程能自发进行下去,源源不断地将核能释放出来. 3.铀235与铀238比较 (1)天然铀储量:铀238占99.3%,铀235占0.7%. (2)与中子的作用特点 铀235俘获各种能量的中子都会发生裂变,而且俘获能量低的中子发生裂变的几率较大. 铀238只有俘获能量大于1 MeV的中子才可能发生裂变,并且几率很小,俘获能量低于1 MeV的中子时,不发生裂变,而变为铀239. 为使链式反应容易发生,最好选用铀235.,目标导航,预习导引,二,一,为了使裂变的链式反应容易进行,一般用高纯度的浓缩铀235,原因是什么? 答案:由于裂变放出的中子有的可能被裂变物质中的杂质吸收而造成链式反应不能持续进行下去,要维持链式反应,就要减少裂变物质中的杂质,尽量用高纯度浓缩铀.,目标导航,二,一,预习导引,二、核聚变与受控热核反应 1.核聚变 两个轻核聚合成一个较重的核的反应. 2.热核反应 物质达到几百万度以上的高温时,原子的核外电子与原子完全脱离,这时小部分原子核具有足够的动能,能够克服核间的库仑斥力,在相互碰撞中接近到能够发生聚变的程度,因此聚变反应又叫热核反应. 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.,迁移应用,典题例解,一,知识精要,一、核裂变,思考探究,二,一,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,重核的裂变能够自发地进行吗? 答案:重核的裂变不能自发地进行,只能发生在人工控制的核反应中,只有达到链式反应所需要的条件时,才会发生核反应.,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,【例1】 关于重核的裂变,以下说法正确的是( ) 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能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减少 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,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,解析:根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知,裂变时铀核俘获中子即发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程,其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量.链式反应是有条件的,即铀块的体积必须大于其临界体积.如果体积小,中子从铀块中穿过时,碰不到原子核,则链式反应就不会发生.在裂变反应中核子数是不会减少的, 其中各粒子质量分别为 mU=235.043 9 u,mn=1.008 67 u, mSr=89.907 7 u,mXe=135.907 2 u. 质量亏损m=(mU+mn)-(mSr+mXe+10mn)0.151 0 u,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,可见铀核裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的,核子数是不会减少的,因此选项A、B、C均错误.重核裂变为中等质量的原子核时,由于平均质量减小,还会再发生质量亏损,从而释放出核能.综上所述,选项D正确. 答案:D,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,二,(多选)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23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 答案:BC,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,且可以俘获各种能量的中子而引起裂变,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,必须使铀块体积超过临界体积.,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,迁移应用,典题例解,知识精要,一,二,聚变发生的条件 要使轻核聚变,就必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15 m,但是原子核是带正电的,要使它们接近10-15 m就必须克服电荷间很大的斥力作用,这就要求使核具有足够的动能.要使原子核具有足够大的动能,就要给核加热,使物质达到几百万摄氏度的高温.综上所述,核聚变只有在超高温条件下才能发生.,思考探究,一,二,答案:相信.热核反应的燃料之一,氢的同位素氘在海水中的储量丰富,每升海水中就含有0.03 g氘核,这些氘核完全聚变释放的能量约和燃烧300 L汽油相当.,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,【例2】 (2015广东理综)(多选)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为 下列表述正确的有( ) A.X是中子 B.Y的质子数是3,中子数是6 C.两个核反应都没有质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,答案:AD,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,解析:(1)应用电荷数守恒和质量数守恒可写出该核反应方程 (2)该核反应中的质量亏损 m=22.013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u. 由爱因斯坦质能方程得释放的核能 E=mc2=0.003 5 uc2=0.003 5931.5 MeV3.26 MeV.,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,一,二,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,知识链接,案例探究,思悟升华,知识链接,案例探究,思悟升华,这些反应总的结果与上面碳氮循环反应相同,根据目前的数据,氢氢链式反应在太阳能中是主要的反应过程,产生的能量约占总能量的96%. 太阳能资源不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能,而且也包括像所有矿物资源能、水能、风能、海洋能、潮汐能等间接的太阳能资源,还应包括绿色植物的光合作用固定下来的能量,即生物质能,严格地说,除了地热能和原子核能以外地球上所有其他能源全部来自太阳能,这也称为“广义太阳能”,以便与仅指太阳辐射能的“狭义太阳能”相区别.,案例探究,知识链接,思悟升华,随着科技的进步,太阳能得到广泛应用.试分析: (1)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应,这种核反应释放出的能量就是太阳能的来源.其核反应方程是 ;若mH=1.007 3 u,m=4.002 6 u,me=0.000 55 u.则该反应中发生的质量亏损是 u;如果1 uc2=931.5 MeV,由该反应中释放的能量是 MeV. 由于核反应中的质量亏损,太阳的质量缓慢减少,与现在相比,在很久很久以前,地球公转的周期 (选填“较长”“较短”或“没有变化).,案例探究,知识链接,思悟升华,(2)利用光电转换可以将太阳能转化为电能.若地球附近某太空站上的太阳能电池接收板的面积是S,光电转换效率为.已知太阳辐射的总功率为P,太阳辐射穿过太阳的能量损失忽略不计,光速为c,太阳光射到地球上经历的时间是t.试求该太阳能电池能够输出的最大功率.,案例探究,知识链接,思悟升华,案例探究,知识链接,思悟升华,案例探究,知识链接,思悟升华,聚变的条件是高温,要高到几百万摄氏度,原子弹爆炸能产生这样的温度.太阳内部的温度约为几千万摄氏度,里面激烈地进行着热核反应,源源不断地释放巨大能量.,
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