第5章 第4节 核裂变和核聚变第5节 核能的利用与环境保护-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第4节　核裂变和核聚变 第5节　核能的利用与环境保护 【核心素养目标】 物理观念 知道核裂变、核聚变、链式反应、临界体积、引力约束、磁约束、惯性约束的概念。 科学思维 知道核聚变方程、核裂变方程及质量数、能量守恒。 科学态度与责任 了解裂变反应堆的应用、核能的应用与危害。 一、重核裂变与链式反应 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，并放出能量的过程。 2．铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是U＋n→Ba＋Kr＋3n。 3．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后， 学生用书第92页 裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。 4.临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积称为临界体积。 5．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量。 二、核反应堆 1．核反应堆：能维持和控制链式反应速度的装置。 2．核反应堆的构成：堆芯、反射层、控制系统和防护层等部分。 (1)堆芯：由燃料棒、减速剂和冷却剂组成。 (2)反射层：反射核裂变中产生的中子，使其进一步参加链式反应。 (3)控制棒：用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度。 三、轻核聚变 1．轻核聚变：采用轻核聚变成较重核引起结合能变化的方式可获得核能。这样的核反应称为轻核聚变。 2．太阳内部核聚变的反应方程：H＋H→He＋n。 3．聚变燃料的获取：氘可从海水中提取，天然的氚不存在，但可通过反应n＋Li→He＋H得到。 四、可控热核聚变 1．核子聚变的条件：要使核子发生聚变，必须使核子接近核力能发生作用的范围。 2．物质第四态——等离子态：高温等离子体的密度及高温必须维持一定时间才能实现聚变。 3．约束等离子体的三种方式：引力约束、磁约束、惯性约束。 五、核电站与核武器 1．核电站：将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。 工作流程：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮机发电转化为电能。 燃料：反应堆以U为燃料。 2．核武器：原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器。 六、核能的优势与危害 1．核能的优势 (1)核能发电比燃煤发电的成本低。 (2)核电站对环境污染比燃煤发电小得多。 2．核能利用存在的危害 (1)核废料的高辐射性。 (2)放射性物质泄漏，产生核污染。 (3)核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严重破坏。 1．判断正误 (1)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子。(　×　) (2)用中子轰击重核使之分裂实现核裂变。(　√　) (3)链式反应一旦形成无法进行人工控制。(　×　) (4)太阳发光并辐射巨大的能量，就是它的内部核聚变的结果。(　√　) (5)核聚变时吸收能量。(　×　) (6)目前的核电站采用的是聚变反应。(　×　) (7)核能作为一种新能源，有优势，也有危害。(　√　) 2．链接实景 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，太阳一旦没有了，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？ 提示：　来源于太阳内部的核聚变反应。 学生用书第93页 知识点一　铀核裂变及链式反应 如图为铀核裂变示意图。 (1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程。 (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？ 提示：　(1)当中子进入铀235后，便形成了不稳定的铀236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，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。 U＋n―→Ba＋Kr＋3n。 (2)铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应。 1．重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程。重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质量的核的比结合能要小。所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量。 2．重核裂变的条件 (1)要有足够浓度的铀235。 (2)要有足够数量的慢中子。 (3)铀块的体积要大于临界体积。 3．常见的裂变方程 (1)U＋n→Xe＋Sr＋2n。 (2)U＋n→Ba＋Kr＋3n。 4．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两千余吨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。 裂变反应是