19．6核的裂变 19.7 核聚变
【学习目标】
1.知道什么是裂变、什么是聚变，了解裂变和聚变的特点．
2．知道链式反应，并能计算裂变释放的核能．
3．会写出聚变反应方程并能计算聚变释放的核能．
4．了解基本粒子、夸克模型及宇宙的演化．
【重点难点】：裂变、聚变释放的核能的计算．
【易错问题】：对聚变比裂变反应释放的能量的大的说法认识不清．
【自主学习】
一、核裂变
1．定义：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应．
2．链式反应：当一个_____引起一个铀核裂变后，裂变中放出的中子再引起其他铀核裂变，
235114489且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．典型反应方程：92U＋0n→56Ba＋36Kr
1＋30n.
3．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于_________或裂变物质的质量大于等于临界质量．
二、核电站
1．工作原理
现以压水式反应堆核电站为例，讨论电站的工作原理，压水式反应堆核电站包括：压水堆本体，由蒸汽发生器、称压器、主泵构成的一回路系统，二回路系统，汽轮发电机组以及为支持系统正常运行并保证反应堆安全而设置的辅助系统，回路系统是蒸汽供应系统，将反应堆释放的内能，由冷却剂带到蒸汽发生器中，产生蒸汽；二回路系统是蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的系统，与常规火电厂汽轮发电系统基本相同．
2．核燃料：目前核电站反应堆以_____为燃料．
3．___________是核电站的心脏，它是一种用人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理。
三、核聚变
1．定义：轻核结合成质量_____的核的反应．轻核聚变反应必须在________下进行，因此又叫热核反应．
2342．氢弹爆炸的核反应方程：1H＋1H→2He＋__.
3．在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变能释放更__的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．
74．太阳内部和许多恒星内部，温度高达10K以上，其反应就是____反应的实例．
四、受控热核反应
聚变与裂变相比有很多优点，第一，轻核聚变产能效率高；第二，地球上聚变燃料的储量丰富；第三，轻核聚变更为安全、清洁．
五、粒子和宇宙
1．“基本粒子”不基本
在19世纪末，人们认为光子、____、_____和____是组成物质的不可再分的最基本的粒子，20世纪后半期，科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构，于是基本粒子不再“基本”．
2．发现新粒子
(1)新粒子：1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子；以后又发现了质量比质子大的叫做_____．
(2)反粒子：实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质______的粒子，叫做反粒子．例如，电子的反粒是正电子，质子的反粒子是反质子等．
(3)粒子分类：按照粒子与各种相互作用的关系分为三大类：______、轻子和________．
3．夸克模型
(1)什么是夸克：强子(质子、中子)有着自己复杂的结构，它们有更为基本的成分组成，科学家认为这种成分叫夸克．
(2)分类：上夸克、_______、奇异夸克、粲夸克、_______、顶夸克共有六种，它们带的电荷分别为元电荷的_________.每种夸克都有对应的反夸克．
(3)意义：夸克理论的最大突破是________不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷．
(4)夸克禁闭：夸克不能以___________________，这种性质称为夸克的禁闭．
4．宇宙的演化：宇宙起源于一次大爆炸，这种理论被称为宇宙________理论．
5．恒星的演化
恒星的最后归宿是：质量小于太阳质量的1.4倍的恒星会演变成_______，即体积很小，质量不太小的恒星；质量大于1.4倍小于2倍太阳质量的恒星，会演变成________；更大质量的恒星，会演变成“______”．
【基础达标】
1．关于铀核的裂变，下列说法正确的是( )
A．铀核裂变的产物是多种多样的
B．铀核裂变时能同时释放出2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓缩铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
2．下列核反应中，表示核裂变的是( )
2344A．23892U→90Th＋2He
1144891B．23592U＋0n→56Ba＋36Kr＋30n
300C．3015P→14Si＋1e
4121D.94Be＋2He→6C＋0n
．
3．以下核反应方程中属于核聚变的是( )
34A.2→2He＋11H＋1H―0n
14417B. 7N＋2He―→ 8O＋11H
112C.1H＋0n―→1H＋γ
10D．41H―→42He＋21e
4．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成．u夸克
21带电荷量为，d夸克带电荷量为－e，e为元电荷．下列论断可能正确的是( ) 33
A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
5．在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损Δm＝0.2153 u，那么，
(1)一个铀核裂变释放的能量为多少？
(2)反应中平均每个核子释放的能量为多少？
【能力提升】
139941.235 92U吸收1个慢中子后，分裂成 54Xe和38Sr，同时还放出( )
A．1个α粒子 B．1个氘核
C．3个中子 D．2个中子
2．下列核反应方程及其表述都正确的是( )
341A.21H＋2He→2He＋1H是聚变反应
1141921B. 23592U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n是裂变反应
341C.21H＋1H→2He＋0n是聚变反应
240D.2411Na→12Mg＋－1e是裂变反应
3．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大
C．聚变反应中粒子的结合能变大
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加
23514．一个 23592U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 92U＋01n→X＋9438Sr＋20n，则下列叙述正确的是( )
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
5．北京奥委会接受专家的建议，大量采用对环境有益的新技术．如奥运会场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻璃真空太阳能集热技术．太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，其核反应方程是( )
10A．41H―→42He＋21e
41B. 14→177N＋2He― 8O＋1H
1901C. 235→13692U＋0n― 54Xe＋38Sr＋100n
4D. 238→23492U― 90Th＋2He
6．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是( )
113A．核反应方程是1H＋0n→1H＋γ
B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c
hD．γ光子的波长λm1＋m2－m3c11369017．一个铀235吸收一个中子后发生的反应式是235放出的92U＋0n→54Xe＋38Sr＋100n，
能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )
A．(M－m1－m2)c2
B．(M＋m－m1－m2)c2
C．(M－m1－m2－9m)c2
D．(m1＋m2＋9m－M)c2
8．在天体演变过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星(电子被迫同原子核中的质子结合而形成中子)，中子星具有极高的密度．
(1)写出质子演变成中子的反应方程；
(2)若已知某中子星的密度为1017 kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期．
9．已知一个铀235核裂变时能释放200 MeV的能量，问1 kg铀完全裂变能释放多少能量？相当于多少t热值为2.94×107 J/kg的煤所放出的能量？
10．已知氘核的质量为2.0136 u，中子的质量为1.0087 u，32He核的质量为3.0150 u.
3(1)写出两个氘核聚变成2He的核反应方程．
(2)计算上述核反应中释放的核能．
(3)若两氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞，即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的32He核和中子的动能各是多少？