5.4 核裂变 核聚变 课件 -2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第五章　原子核与基本粒子 核裂变 核聚变　 知道什么是核裂变和链式反应，知道维持链式反应的条件，会书写核裂变方程，会利用质量亏损计算核裂变产生的核能。 知道什么是核聚变，知道核聚变发生的条件，了解受控热核反应，会利用质量亏损计算核聚变产生的核能。 了解核反应堆的工作原理，初步了解核电站的构成，知道如何控制核反应的速度。 重点 重难点 3 1 2 核裂变　链式反应 一 1964年10月16日，中国第一颗原子弹在罗布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸威力相当于1.8万吨TNT炸药。爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。巨大的核能是从哪里来的？ 答案　铀核的裂变。 中国第一颗原子弹爆炸 情景导入 观察与思考 核裂变 一个低速中子被U吸收 U原子核是不稳定的 分裂成两个较轻的核，放出3个中子和γ射线 γ γ n Ba Kr γ 1.定义：把重核分裂成几个中等质量原子核的核反应现象称为核裂变。 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UnBaKr+n . 3.链式反应 如果一个反应过程的产物能够再次引发这种反应，从而使反应一旦开始后就能自动延续下去，这样的反应称为链式反应。 4.临界体积 把能够发生链式反应的最小体积叫作临界体积。 5.核裂变的能量 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。 1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧释放的化学能！ 等效 如图所示为核裂变示意图。 (1)重核裂变是一种天然现象吗？ 答案　重核裂变不能自发地进行， 只能发生在人工控制的核反应中， 所以重核裂变不是一种天然现象。 (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？ 答案　不是唯一的。铀核裂变的产物（核反应方程）是多种多样的。 讨论交流 1.铀核U)是核反应主要原料之一，其中一种核反应方程为UnBaKr+3K。下列说法正确的是 A.该核反应是重核裂变反应，其中K是中子 B.该核反应产物的放射性可以通过人工手段去消除 C.该核反应产物的结合能之和等于核反应前反应物的结合能之和 D.核反应时释放能量，根据E=mc2，核反应后的总质量数减少 √ 例题 1.重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，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。 2.重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小。所以在重核裂变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。 总结提升 2.若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV的能量) (1)写出铀核裂变的核反应方程； (2)求一个U俘获一个中子发生上述裂变所释放的能量。 (结果保留2位有效数字) 答案　 (1) nSrXe+1n　 (2) 1.4×102 MeV 例题 (1)根据核反应的质量数守恒与电荷数守恒有UnSrXe+1n。 (2)该核反应的质量亏损为 Δm=(235.043 9+1.008 7) u-(89.907 7+135.907 2+10×1.008 7) u=0.150 7 u 释放的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV≈1.4×102 MeV。 核反应堆　核电站 二 一种人为可控的核裂变链式反应装置。核反应堆按引起裂变的中子能量可分为慢中子反应堆和快中子反应堆。 核反应堆 组成部分 材料 作用 裂变材料(核燃料) 铀棒(浓缩铀) 提供核燃料 减速剂(慢化剂) 石墨、重水或普通水 (也叫轻水) 使裂变产生的快中子减速 控制棒 镉或硼 吸收中子，控制反应速度 热交换器 水或液态的金属钠 传输热量 防护层 厚水泥层 防止放射线泄漏，对人体及其他生物体造成伤害 核反应堆 核能发电指利用核反应堆中核裂变所释放出的核能进行发电。核能转变成水的内能，使水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮发电机发电。 裂变反应堆的结构 3.如图是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识， 下列说法正确的是 A.铀棒是核燃料，核心物质是铀238 B.石墨起到吸收中子的作用 C.镉棒起到使中子减速的作用 D.水泥防护层的作用是阻隔各种射线， 避免放射性危害 √ 例题 核聚变　受控热核反应 三 核聚变 (1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 (2)核反应方程(举例)： HHen (3)条件：要启动上述核聚变反应，必须要上亿摄氏度的温度，使H核和H核具有足够的动能克服库仑斥力进入到核力作用范围之内，即距离达到10-15m以内。因此，核聚变反应也称热核反应。 (4)核聚变反应和核裂变反应相比，具有很多优越性 ①在消耗相同质量的核燃料时，核聚变反应比核裂变反应能释放更多的能量； ②核裂变反应时产生放射性废料，处理起来比较困难，而核聚变反应没有放射性废料产生； ③核聚变反应所用的燃料氘，在地球上的储量非常丰富。 受控热核反应 受控热核反应 (1)实现可控核聚变反应的难点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。 (2)控制方法 ①磁约束：利用磁场约束参加反应的物质。 磁约束 “东方超环”超导托卡马克装置 ②激光惯性约束：由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。所以，在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质， 使它们“挤”在一起发生反应。 惯性约束 激光或X射线 4.2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。关于聚变反应HHHe+X，下列说法正确的是 A.X为质子 B.核聚变和核衰变均是可逆的 C.质量亏损相同时，聚变比裂变释放更多的能量 DH的比结合能小于He √ 例题 核裂变 核聚变 核电站 核裂变定义 核聚变的定义 链式反应 核反应堆 受控热核反应 临界体积 核裂变的能量 核裂变 链式反应 反应堆 核电站 核聚变 受控热核反应 根据质量数守恒和电荷数守恒可得，K的电荷数为0，质量数为1，则K是中子，故A正确； 放射性物质的半衰期非常稳定，不会随着外界环境改变而改变，因此不可以通过人工手段消除，故B错误； 由于该反应为放能反应，释放核能后结合能增大，因此该核反应产物的结合能之和大于铀核的结合能，故C错误； 核反应时释放能量，有质量亏损，而总质量数保持不变，故D错误。 核反应堆采用的核燃料为铀235，故A错误； 石墨的作用是使中子减速，故B错误； 镉棒的作用是吸收中子，故C错误； 水泥防护层的作用是阻隔各种射线，避免放 射性危害，故D正确。 根据质量数、电荷数守恒，X应为中子，故A错误； 核聚变和核衰变是不可逆的，亏损相同的质量时，聚变和裂变释放的能量相同，故B、C错误； 聚变放出能量，所以H的比结合能小于He，故D正确。 Keep thinking Lavf58.20.100 $