第五章 4-5（核裂变与核聚变、“基本”粒子）-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册同步全程学习全书word（人教版）

4　核裂变与核聚变 5　“基本”粒子 [定位·学习目标] 1.了解核裂变反应及链式反应的条件。 2.知道反应堆的工作原理及其类型,知道核电站的工作流程。 3.了解核聚变反应及条件,关注受控核聚变反应研究的进展。 4.知道电子、中子、质子并不是组成物质的最基本的粒子。知道粒子的分类及其作用,了解夸克模型,逐步形成相对完整、科学的物质观念。 知识点一　核裂变的发现 1.核裂变 重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核,并放出核能的过程。 2.铀核裂变 用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多样的,其中一种典型的反应是UnBa+Kr+n。 3.链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后,裂变释放的中子再继续与其他重核发生反应,引起新的核裂变,就能使核裂变反应不断地进行下去,这种由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程,叫作核裂变的链式反应。 4.常见的裂变方程 (1UnXeSr+n。 (2UnBaKr+n。 5.链式反应发生的条件 (1)铀块的体积不小于临界体积,或质量不小于临界质量,以保证中子能够碰到铀核。 (2)有足够浓度的铀235。 (3)有足够数量的慢中子。 6.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。如果一个铀235核裂变时释放的能量按200 MeV估算,1 kg铀235全部发生核裂变时放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧释放的化学能,裂变时能产生几百万摄氏度的高温。 如图所示为核裂变示意图。 (1)重核裂变是一种天然现象吗? (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗? 答案:(1)不是,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。 (2)不一定,只有当铀块的体积不小于临界体积时,用中子轰击铀块才能发生链式反应。 知识点二　反应堆与核电站 1.核电站 利用核能发电,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:为了控制能量释放的速度,就要想办法调节中子的数目,采用在铀棒之间插入镉棒的方法,利用镉吸收中子的特性,就可以控制链式反应的速度。 2.工作原理 核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高。 3.能量输出 利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动,用于发电。 4.核污染的处理 在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层,用来屏蔽核裂变产物放出的各种射线,核反应堆中的核废料具有很强的放射性,需要装入特制的容器,深埋地下。 秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站,于1991年12月15日并网发电。经过多年的安全稳定运行,秦山地区尚未发现因核电站运行引起的放射性污染,周围地区民众对核电厂运行给予了良好的评价,秦山核电站的建成发电,使我国成为世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。如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? 答案:(1)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,推动汽轮发电机工作。 知识点三　核聚变 1.定义 两个轻核结合成质量较大的核的反应。 2.典型的核聚变:一个氘核和一个氚核的聚变, HHHen+17.6 MeV。 该反应平均每个核子放出的能量比核裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。 3.条件 (1)轻核的距离要达到10-15 m以内。 (2)核聚变可以通过高温来实现,因此又叫热核反应。 4.聚变与裂变相比的优点 (1)轻核聚变产能效率高。 (2)地球上核聚变燃料的储量丰富。 (3)轻核聚变更为安全、清洁。 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,即磁约束和惯性约束,环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。 中科院离子物理所经过八年的艰苦奋斗,终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马克试验装置并调试成功。这种装置被称为“人造太阳”(如图所示),它能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输出能量,就像太阳一样为人类提供无限清洁的能源。请思考: (1)请写出此核聚变的方程式; (2)请列举核聚变能源的优点。 答案:(1HHHen+17.6 MeV。 (2)①产能效率高;②核燃料储量丰富;③安全、清洁。 知识点四　基本粒子 1.新粒子的发现及特点 发现 时间 1932年 1937年 1947年 20世纪 60年代后 新粒 子 正电子 μ子 K介子 与π介子 超子 基本 特点 质量与电 子相同而 电荷相反 比质子的 质量小 质量介于 电子与核 子之间 其质量比 质子的质 量大很