人教版高中物理新教材同步講義選修第三冊(cè) 第5章　4　核裂變與核聚變（含解析）

4核裂變與核聚變[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是核裂變、核聚變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和核聚變的條件.2.會(huì)書寫核裂變和核聚變方程，會(huì)利用質(zhì)量虧損計(jì)算核裂變和核聚變產(chǎn)生的核能.3.了解核反應(yīng)堆的工作原理，知道如何控制核反應(yīng)的速度．一、核裂變的發(fā)現(xiàn)1．核裂變：鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)定名為核裂變．2．鈾核裂變用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n.3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子轟擊重核發(fā)生裂變后，裂變釋放的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)生反應(yīng)，引起新的核裂變，使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，這樣的過程叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．4．臨界體積和臨界質(zhì)量：核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量．二、反應(yīng)堆與核電站1．核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：(1)核燃料：鈾棒．(2)慢化劑：石墨、重水和普通水(也叫輕水)．(3)控制棒：為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，它吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些，這種鎘棒叫作控制棒．2．工作原理核燃料發(fā)生核裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時(shí)也使反應(yīng)堆冷卻．3．核污染的處理在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線．核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下．三、核聚變1．定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變．2．核反應(yīng)方程：eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)n＋17.6MeV.3．條件：使輕核的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)．方法：加熱到很高的溫度．4．宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內(nèi)部的氫核聚變成氦核釋放的核能．5．人工熱核反應(yīng)：氫彈．首先由化學(xué)炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸．6．核聚變與核裂變的比較(1)優(yōu)點(diǎn)：①輕核聚變產(chǎn)能效率高；②地球上核聚變?nèi)剂想畠?chǔ)量豐富，而氚可利用鋰來抽取，足以滿足核聚變的需要；③輕核聚變更為安全、清潔．(2)缺點(diǎn)：核聚變需要的溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度．解決方案：磁約束和慣性約束．1．判斷下列說法的正誤．(1)鈾塊的質(zhì)量大于或等于臨界質(zhì)量時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能不停地進(jìn)行下去．(√)(2)中子的速度越快，越容易發(fā)生鈾核裂變．(×)(3)核聚變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量比裂變時(shí)小一些．(×)(4)核聚變主要用在核武器上，那就是原子彈．(×)2．下面是鈾核裂變反應(yīng)中的一個(gè)：eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\ar(90,38)Sr＋10eq\o\ar(1,0)n.已知鈾235的質(zhì)量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，氙136的質(zhì)量為135.9072u，鍶90的質(zhì)量為89.9077u，則此核反應(yīng)中釋放的總能量是多少？(1u相當(dāng)于931.5MeV的能量)答案140.4MeV解析釋放的總能量為ΔE＝(235.0439＋1.0087－135.9072－89.9077－10×1.0087)×931.5MeV≈140.4MeV.一、核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)導(dǎo)學(xué)探究如圖為鈾核裂變示意圖．(1)鈾核裂變是如何發(fā)生的？試寫出一種鈾核裂變的核反應(yīng)方程．(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)嗎？答案(1)當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)合核，復(fù)合核中由于核子的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)則的形狀．核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n(2)不是，鈾塊體積還須大于或等于臨界體積．知識(shí)深化1．典型的核裂變方程(1)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(139,54)Xe＋eq\o\ar(95,38)Sr＋2eq\o\ar(1,0)n(2)eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n2．核能的釋放由于重核的核子的平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量原子核的核子的平均質(zhì)量，因此，鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能．3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件(1)鈾塊的體積大于或等于臨界體積．(2)有足夠濃度的鈾235.(3)有足夠數(shù)量的慢中子．4．核裂變反應(yīng)的能量大小鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量．一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部發(fā)生核裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的化學(xué)能．考向1對(duì)核裂變的理解例1(2021·大名縣高二月考)華能石島灣高溫氣冷堆核電站是我國自主研發(fā)的世界首座具有第四代核電特征的核電站．核反應(yīng)堆是核電站的心臟，它是通過可控鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)來實(shí)現(xiàn)核能利用的．一個(gè)eq\o\ar(235,92)U原子核在中子的轟擊下發(fā)生核裂變反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(y,x)Sr＋eq\o\ar(139,54)Xe＋3eq\o\ar(1,0)n，下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程中Sr的質(zhì)子數(shù)為56B．核反應(yīng)方程中Sr的中子數(shù)為56C．因?yàn)楹肆炎冡尫拍芰?，eq\o\ar(139,54)Xe原子核的比結(jié)合能應(yīng)比eq\o\ar(235,92)U原子核的小D．因?yàn)楹肆炎冡尫拍芰?，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以核裂變后的總核子數(shù)減少答案B解析根據(jù)核反應(yīng)滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得x＝38；y＝94，即Sr的質(zhì)子數(shù)為38，Sr的中子數(shù)為94－38＝56，故B正確，A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，eq\o\ar(235,92)U原子核裂變得到eq\o\ar(139,54)Xe原子核，說明eq\o\ar(139,54)Xe原子核比eq\o\ar(235,92)U原子核穩(wěn)定，即eq\o\ar(139,54)Xe原子核的比結(jié)合能比eq\o\ar(235,92)U原子核的大，故C錯(cuò)誤；因?yàn)楹肆炎冡尫拍芰浚霈F(xiàn)質(zhì)量虧損，所以核裂變后總質(zhì)量減少，但核子數(shù)不變，故D錯(cuò)誤．考向2核裂變產(chǎn)生核能的計(jì)算例2鈾核裂變的許多核反應(yīng)中的其中一個(gè)是eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\ar(92,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n.140.9139u、91.8973u、1.0087u,1u相當(dāng)于931.5MeV能量)；(2)1kg鈾235原子核發(fā)生上述裂變時(shí)能放出多少核能？這相當(dāng)于完全燃燒多少煤釋放的能量？(煤的熱值為2.94×107J/kg)答案(1)200.6MeV(2)5.14×1026MeV相當(dāng)于完全燃燒2797.3t煤解析(1)裂變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝(235.0439＋1.0087－140.9139－91.8973－3×1.0087)u＝0.2153u.一個(gè)鈾235原子核裂變后釋放的能量為ΔE＝0.2153×931.5MeV≈200.6MeV.(2)1kg鈾235原子核中含原子核的個(gè)數(shù)為N＝eq\f(103,235)×6.02×1023≈2.56×1024，1kg鈾235原子核發(fā)生裂變時(shí)釋放的總能量ΔEN＝N·ΔE＝2.56×1024×200.6MeV≈5.14×1026MeV.設(shè)完全燃燒的煤的質(zhì)量為m，有ΔEN＝qm，所以m＝eq\f(ΔEN,q)＝eq\f(5.14×1026×106×1.6×10－19,2.94×107)kg≈2797.3t二、核電站1．核電站的主要部件及作用組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾提供核燃料減速劑(慢化劑)石墨、重水或普通水(也叫輕水)使裂變產(chǎn)生的快中子減速控制棒鎘棒吸收中子，控制反應(yīng)速度熱交換器水或液態(tài)的金屬鈉傳輸熱量防護(hù)層厚水泥層防止放射線泄漏，對(duì)人體及其他生物體造成傷害2.核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)(1)消耗的核燃料少．(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采用儲(chǔ)量大，所能提供的能量大．(3)對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電?。?如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，下列對(duì)該反應(yīng)堆的說法正確的是()A．鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應(yīng)B．快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)C．控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些D．要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)快一些答案B解析快中子容易與鈾235“擦肩而過”，快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)，A錯(cuò)誤，B正確；控制棒由鎘做成，鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時(shí)，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會(huì)慢一些，C、D錯(cuò)誤．三、核聚變導(dǎo)學(xué)探究為什么實(shí)現(xiàn)核聚變要使聚變的燃料加熱到幾百萬開爾文的高溫？答案輕核的聚變反應(yīng)，是兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，要使得核力發(fā)揮作用，必須使核子間的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)；同時(shí)由于在此距離時(shí)原子核之間的庫侖斥力巨大，因而需要核子有很大的動(dòng)能才能克服，表現(xiàn)在宏觀上就是核燃料需要達(dá)到極高的溫度．知識(shí)深化以內(nèi)，這要克服原子核間巨大的庫侖斥力作用，使輕核具有足夠大的動(dòng)能．要使原子核具有足夠大的動(dòng)能，有一種方法就是給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫．2．輕核聚變是釋放能量的反應(yīng)：從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)釋放能量的反應(yīng)．3．聚變方程eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)n＋17.6MeV.4．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量要大3～4倍考向1對(duì)核聚變的理解例4(2021·膠州市高二期末)中國的“人造太陽”，又稱東方超環(huán)，全稱是全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，是中國新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置.2021年5月28日，中國的“人造太陽”實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，刷新了世界紀(jì)錄．所謂“人造太陽”，就是在地球上模擬太陽內(nèi)部發(fā)生的核聚變反應(yīng)，為人類提供源源不斷的清潔能源．其內(nèi)部發(fā)生的一種核聚變反應(yīng)方程為eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→X＋eq\o\ar(1,0)n，下列說法正確的是()A．反應(yīng)產(chǎn)物X為eq\o\ar(4,2)HeB．核聚變后的產(chǎn)物X的比結(jié)合能小于eq\o\ar(2,1)H的比結(jié)合能C．可控的人工輕核聚變與核裂變相比更為安全、清潔D．要實(shí)現(xiàn)核聚變，需要將輕核加熱到很高的溫度，使它們具有足夠的動(dòng)能克服核力作用而碰撞結(jié)合在一起答案C解析根據(jù)核聚變反應(yīng)方程滿足電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可知反應(yīng)物X為eq\o\ar(3,2)He，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，物質(zhì)越穩(wěn)定，所以核聚變后的產(chǎn)物X的比結(jié)合能大于eq\o\ar(2,1)H的比結(jié)合能，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；可控的人工輕核聚變產(chǎn)物為氦核，沒有輻射和污染，所以與核裂變相比更為安全、清潔，選項(xiàng)C正確；要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，核力才能起作用，由于原子核都帶正電，要使它們接近這種程度，必須克服巨大的庫侖力，而不是核力，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.考向2核聚變產(chǎn)生核能的計(jì)算例5(2021·蘇州市高二期中)兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核，已知氘核質(zhì)量為2.014u，氦核質(zhì)量為4.002u.(1)寫出相應(yīng)的核反應(yīng)方程；氘核的摩爾質(zhì)量為2g/mol,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．答案(1)eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→eq\o\ar(4,2)He(2)3.6×1027MeV解析(1)核聚變反應(yīng)的方程為eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→eq\o\ar(4,2)He(2)兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)釋放的能量為ΔE＝(2×2.014u－4.002u)×931.5MeV≈24.22MeV1kg氘中含有的氘核數(shù)為n＝eq\f(m,mmol)×NA＝eq\f(1000,2)×6.0×1023＝3.0×10261kg氘完全結(jié)合成氦時(shí)可以釋放出的能量為E＝eq\f(n,2)ΔE＝1.5×1026×24.22MeV≈3.6×1027MeV.針對(duì)訓(xùn)練(2022·平頂山市第一中學(xué)開學(xué)考試)已知氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，則兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)()A．釋放出4.9MeV的能量B．吸收4.9MeV的能量C．吸收24.0MeV的能量D．釋放出24.0MeV的能量答案D解析兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核的核反應(yīng)方程為：eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋γ，2個(gè)eq\o\ar(2,1)H的總結(jié)合能為E1＝1.1×4MeV＝4.4MeV反應(yīng)后生成的氦核的結(jié)合能為E2＝7.1×4MeV＝28.4MeV所以反應(yīng)釋放的核能ΔE＝E2－E1＝28.4MeV－4.4MeV＝24.0MeV故A、B、C錯(cuò)誤，D正確．考點(diǎn)一重核的裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1．(多選)當(dāng)一個(gè)鈾核裂變時(shí)，它所產(chǎn)生的兩個(gè)核()A．含有的總質(zhì)子數(shù)比裂變前鈾核的質(zhì)子數(shù)少B．含有的總中子數(shù)比裂變前鈾核的中子數(shù)少C．比結(jié)合能比裂變前鈾核的比結(jié)合能小D．可能是多種形式的兩個(gè)核的組合答案BD解析鈾核裂變反應(yīng)中，鈾核吸收一個(gè)中子而釋放出幾個(gè)中子，與鈾核相比，兩個(gè)新核的總質(zhì)子數(shù)沒有發(fā)生變化，而總中子數(shù)減少，A錯(cuò)誤，B正確；裂變發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放能量，產(chǎn)物的比結(jié)合能更大，在鈾核裂變反應(yīng)中，產(chǎn)物并不是唯一的，故C錯(cuò)誤，D正確．2．(2021·秦安縣校級(jí)期末)重核裂變的一個(gè)核反應(yīng)方程為eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\ar(90,38)Sr＋xZ.則()A．該核反應(yīng)方程中x＝10B.eq\o\ar(235,92)U的中子數(shù)為92C.eq\o\ar(136,54)Xe的中子數(shù)等于eq\o\ar(90,38)Sr的中子數(shù)D．Z為電子答案A解析反應(yīng)前eq\o\ar(235,92)U內(nèi)的電荷數(shù)為92，生成物中eq\o\ar(136,54)Xe和eq\o\ar(90,38)Sr的電荷數(shù)之和也為92，所以Z的電荷數(shù)為0，Z為中子，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，x＝235＋1－136－90＝10，故A正確，D錯(cuò)誤；eq\o\ar(235,92)U的質(zhì)子數(shù)為92，中子數(shù)為n＝235－92＝143，故B錯(cuò)誤；eq\o\ar(136,54)Xe的中子數(shù)為n1＝136－54＝82，eq\o\ar(90,38)Sr的中子數(shù)為n2＝90－38＝52，eq\o\ar(136,54)Xe的中子數(shù)大于eq\o\ar(90,38)Sr的中子數(shù)，故C錯(cuò)誤．3．(2021·廣西開學(xué)考試)下列關(guān)于核能發(fā)電的說法中正確的是()A．核能發(fā)電利用的是輕核聚變釋放出來的核能B．核裂變過程滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒C．核裂變過程中釋放核能是因?yàn)樾潞说谋冉Y(jié)合能小D．裂變物質(zhì)的體積小于臨界體積時(shí)才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)答案B解析核能發(fā)電利用的是重核裂變釋放出來的核能，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程都滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，故B正確；核反應(yīng)產(chǎn)生的新核更穩(wěn)定，比結(jié)合能更大，故C錯(cuò)誤；裂變物質(zhì)的體積大于臨界體積時(shí)才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故D錯(cuò)誤．4．(2021·思明區(qū)高二月考)鈾235是核電站的主要核燃料，核反應(yīng)堆在工作時(shí)，鈾235既發(fā)生裂變，也發(fā)生衰變．鈾235裂變其中的一個(gè)核反應(yīng)方程為eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→X＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n，衰變方程為eq\o\ar(235,92)U→Y＋eq\o\ar(4,2)He，則下列說法正確的是()A．上述裂變過程放出能量，衰變過程也放出能量B．衰變產(chǎn)生的新核Y不再具有放射性C．裂變產(chǎn)生的新核X中含有143個(gè)質(zhì)子D．核裂變釋放能量產(chǎn)生的高溫會(huì)加快鈾235的衰變答案A解析根據(jù)核反應(yīng)的特點(diǎn)可知，裂變與衰變都放出能量，故A正確；衰變方程為eq\o\ar(235,92)U→Y＋eq\o\ar(4,2)He，根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，可知Y原子核中含有的電荷數(shù)為：92－2＝90，大于83，是具有放射性的，故B錯(cuò)誤；根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，可知X的電荷數(shù)為56，即質(zhì)子數(shù)為56，故C錯(cuò)誤；半衰期由原子核內(nèi)部因素決定，與外界因素?zé)o關(guān)，故D錯(cuò)誤．考點(diǎn)二核電站5．核反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它的主要組成部分是()A．燃料、減速劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B．燃料、減速劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C．燃料、調(diào)速劑、碰撞系統(tǒng)和熱系統(tǒng)D．燃料、中子源、原子能聚存和輸送系統(tǒng)答案A解析核反應(yīng)堆的主要部分包括①燃料，即濃縮鈾235；②減速劑，采用石墨、重水或普通水；③控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用控制棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度；④冷卻系統(tǒng)，水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．6．(2021·南通市期末)我國研制的全球首座20萬千瓦高溫氣冷堆核電站于2021年4月裝料完畢，年底正式發(fā)電．該核反應(yīng)堆用鈾235作核燃料，用石墨作慢化劑，用氦氣作冷卻劑．則()A．鈾235的核裂變是它自發(fā)分裂成兩個(gè)中等核，同時(shí)放出中子B．裂變產(chǎn)生中等核的比結(jié)合能大于鈾235核的比結(jié)合能C．石墨在反應(yīng)堆中的作用是吸收中子，控制反應(yīng)的速度D．可用鈾238替代鈾235作為核燃料答案B解析鈾235受到中子轟擊時(shí)，裂變成兩塊質(zhì)量較輕的核，同時(shí)還能放出中子，故A錯(cuò)誤；重核裂變的過程中有質(zhì)量虧損，釋放核能，故裂變產(chǎn)生中等核的比結(jié)合能大于鈾核的比結(jié)合能，故B正確；在核反應(yīng)堆中，吸收中子控制反應(yīng)速度的是鎘棒，并非石墨，故C錯(cuò)誤；原子核鈾238只有在被能量很大的快中子轟擊時(shí)，才能發(fā)生裂變且概率很小，而原子核鈾235吸收慢中子后即可產(chǎn)生核分裂，分裂后獲得的能量可用來發(fā)電，則不能用鈾238替代鈾235作為核燃料，故D錯(cuò)誤．考點(diǎn)三核聚變7．(2021·昌吉州期末)2020年12月4日，我國自主設(shè)計(jì)建造的新一代“人造太陽”——中國環(huán)流器二號(hào)M裝置(HL－2M)在成都建成并實(shí)現(xiàn)首次放電，標(biāo)志著中國核聚變發(fā)展獲得重大突破．關(guān)于核聚變和核能，下列說法正確的是()A．核聚變通常需要幾百萬開爾文以上的超高溫，又稱熱核反應(yīng)B．太陽輻射的能量來源于核聚變，核聚變又稱鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C．一個(gè)氘核和一個(gè)氚核聚變的方程為：eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(0,1)eD．核子平均質(zhì)量越大，原子核越穩(wěn)定答案A解析當(dāng)物質(zhì)的溫度達(dá)到幾百萬開爾文時(shí)，劇烈的熱運(yùn)動(dòng)使得一部分原子核具有足夠的動(dòng)能，可以克服庫侖斥力，碰撞時(shí)接近到10－15m而發(fā)生核聚變，因此，核聚變又叫熱核反應(yīng)，故A正確；太陽輻射的能量來源于核聚變，而鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生在核裂變中，故B錯(cuò)誤；該方程不符合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，故C錯(cuò)誤；原子核中核子平均質(zhì)量越小，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤．8．(多選)(2021·江西高二期中)核聚變能釋放大量的核能，一種核聚變的反應(yīng)方程為eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→X＋eq\o\ar(1,0)n＋E，關(guān)于該方程，下列說法正確的是()A．X產(chǎn)生的射線的電離本領(lǐng)比γ射線強(qiáng)B．X核的比結(jié)合能小于氘核的比結(jié)合能C．X核子與中子的質(zhì)量之和大于氘、氚兩核子的質(zhì)量之和D．該核反應(yīng)需要巨大的能量克服氘、氚核子間的庫侖斥力答案AD解析由核反應(yīng)方程，質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，可知X是α粒子，其射線是α射線，電離本領(lǐng)比γ射線強(qiáng)，選項(xiàng)A正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，X核的比結(jié)合能大于氘核的比結(jié)合能，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于核聚變時(shí)釋放能量，質(zhì)量虧損，所以X核子與中子的質(zhì)量之和小于氘、氚兩核子的質(zhì)量之和，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；要使該核反應(yīng)發(fā)生，需要巨大的能量以克服氚核和氘核之間的庫侖斥力，通常需要把它們加熱到很高的溫度，選項(xiàng)D正確．9．(2021·武進(jìn)區(qū)期中)太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)主要是核聚變，太陽中存在的主要元素是氫，氫核的核聚變反應(yīng)可以看做是4個(gè)氫核(eq\o\ar(1,1)H)結(jié)合成1個(gè)氦核(eq\o\ar(4,2)He)．表中列出了部分粒子的質(zhì)量(1u相當(dāng)于931.5MeV的能量)，以下說法中不正確的是()粒子名稱質(zhì)子pα粒子電子e中子n質(zhì)量/u1.00734.00150.000551.0087A.核反應(yīng)方程式為4eq\o\ar(1,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋2eq\o\ar(0,＋1)eB．核反應(yīng)方程式為4eq\o\ar(1,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋2eq\o\ar(0,－1)eC．4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損為0.0266uD．聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為24.8MeV答案B解析根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，氫核聚變的核反應(yīng)方程為：4eq\o\ar(1,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋2eq\o\ar(0,＋1)e，故A正確，B錯(cuò)誤；質(zhì)量虧損為：Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.0073－4.0015－2×0.00055)u＝0.0266u，發(fā)生一次核反應(yīng)釋放的核能為：ΔE＝Δmc2＝0.0266u×931.5MeV/u≈24.8MeV，故C、D正確．10．太陽的能量來自于熱核反應(yīng)，其中一種核反應(yīng)是四個(gè)質(zhì)子聚變成一個(gè)α粒子，同時(shí)放出兩個(gè)正電子和兩個(gè)沒有靜止質(zhì)量的中微子．已知α粒子的質(zhì)量為mα，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，電子的質(zhì)量為me，c為光在真空中的傳播速度，NA為阿伏加德羅常數(shù)．在這種核反應(yīng)中1000g的氫核聚變所放出的能量為()A．1000(4mp＋mα＋2me)NAc2B．1000(mα＋2me－4mp)NAc2C．250(mα＋2me－4mp)NAc2D．250(4mp－mα－2me)NAc2答案D解析4個(gè)氫核聚變的質(zhì)量虧損Δm＝(4mp－mα－2me)根據(jù)質(zhì)能方程，核聚變釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(4mp－mα－2me)c21000g氫核的個(gè)數(shù)為n＝eq\f(1000,1)NA＝1000NA1000g氫核聚變放出的能量E＝eq\f(n,4)ΔE＝250(4mp－mα－2me)NAc2，故選D.11．(2020·全國卷Ⅱ)氘核eq\o\ar(2,1)H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式6eq\o\ar(2,1)H→2eq\o\ar(4,2)He＋2eq\o\ar(1,1)H＋2eq\o\ar(1,0)n＋43.15MeV表示．海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè)，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等；已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J，1MeV＝1.6×10－13J，則M約為()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg答案C解析根據(jù)核反應(yīng)方程式，6個(gè)氘核聚變反應(yīng)可釋放出43.15MeV的能量，1kg海水中的氘核反應(yīng)釋放的能量為E＝eq\f(1.0×1022,6)×43.15MeV≈7.19×1022MeV≈1.15×1010J，則相當(dāng)于燃燒的標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量為M＝eq\f(1.15×1010,2.9×107)kg≈400kg，故選C.12．(多選)新冠病毒是一種傳染病毒，傳染病的傳播過程十分復(fù)雜，但是可以構(gòu)建最簡單的傳播模型來描述，這個(gè)最簡模型可稱為鏈?zhǔn)絺鞑ツＰ?，如圖所示，類似于核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)模型．鈾裂變的一種核反應(yīng)方程為eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(A,Z)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋Req\o\ar(A,Z)n，其中n表示中子．裂變后產(chǎn)生的中子能繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)的次數(shù)稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的“傳染系數(shù)”．下列說法正確的有()A．從鈾裂變核反應(yīng)方程看，“傳染系數(shù)”R＝2B．核反應(yīng)堆中通過鎘棒吸收中子降低“傳染系數(shù)”C．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界值對(duì)應(yīng)的實(shí)際“傳染系數(shù)”為1D．核反應(yīng)堆中的實(shí)際“傳染系數(shù)”與鈾濃度無關(guān)答案BC解析中子的電荷數(shù)Z＝0，質(zhì)量數(shù)A＝1，核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，因此可計(jì)算得R＝3，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)堆中通過鎘棒吸收中子，減少轟擊鈾核的中子數(shù)，最終起到降低實(shí)際“傳染系數(shù)”的作用，所以B正確；在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，當(dāng)實(shí)際“傳染系數(shù)”R≥1時(shí)，反應(yīng)才能持續(xù)進(jìn)行，當(dāng)實(shí)際“傳染系數(shù)”R<1時(shí)，反應(yīng)將趨于停滯，即R＝1是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)進(jìn)行的臨界值，故C正確；核反應(yīng)堆中還可以通過鈾棒來控制核反應(yīng)的速率，實(shí)際上就是通過調(diào)整鈾濃度來控制實(shí)際“傳染系數(shù)”，所以D錯(cuò)誤．13．(2021·蘇州市高二期末)已知氘核eq\o\ar(2,1)H的質(zhì)量為m1，中子eq\o\ar(1,0)n的質(zhì)量為m2，eq\o\ar(3,2)He的質(zhì)量為m3，真空中的光速為c.(1)寫出兩個(gè)氘核eq\o\ar(2,1)H聚變?yōu)橐粋€(gè)eq\o\ar(3,2)He的核反應(yīng)方程，并計(jì)算釋放的能量；(2)質(zhì)量為M的氘核eq\o\ar(2,1)H完全聚變?yōu)閑q\