物理选择性必修 第三册第五章 原子核4 核裂变与核聚变优秀习题

5.4核裂变与核聚变

基础导学

要点一、核裂变

（一）核裂变的发现

1．核裂变：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应定名为核裂变。

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U＋

n→Ba＋Kr＋3n。

3．链式反应：中子轰击重核发生裂变后，裂变释放的中子继续与其他重核发生反应，引起新的核裂变，使核裂变反应一代接一代继续下去，这样的过程叫作核裂变的链式反应。

4．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。

（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：石墨、重水和普通水(也叫轻水)；

(3)控制棒：为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒。

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，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。

3．核污染的处理

在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。

要点二、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：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。

3．条件：使轻核的距离达到10－15 m以内。

4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。

5．人工热核反应：氢弹．首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。

6．核聚变与核裂变的比较：

(1)优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘和氚的储量丰富；③轻核聚变更为安全、清洁；

(2)缺点：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。

要点突破

突破一：核裂变

1．典型的裂变方程

(1)U＋n→Xe＋Sr＋2n

(2)U＋n→Ba＋Kr＋3n

2．核能的释放

由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能。

3．链式反应发生的条件

(1)铀块的体积大于或等于临界体积；

(2)有足够浓度的铀235；

(3)有足够数量的慢中子；

4．裂变反应的能量大小：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2 800 t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。

5．核电站的主要部件及作用

6.核电站发电的优点

(1)消耗的核燃料少；

(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采用储量大，所能提供的能量大；

(3)对环境的污染要比火力发电小。

突破二：核聚变

1．聚变发生的条件：要使轻核发生聚变，必须使轻核间的距离达到核力发生作用的距离10－15 m以内，这要克服原子核间巨大的库仑斥力作用，使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。

2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。

3．聚变方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。

4．重核裂变与轻核聚变的区别

典例精析

题型一：核裂变

例一．下列关于核反应方程及描述，正确的是（　　）

A．He+Al→P+n是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程

B．U→Xe+Sr+n是核聚变方程

C．H+H→He+n是α衰变方程

D．N+He→O+H是α衰变方程

变式迁移1：下列说法正确的是（　　）

A．能量耗散现象不满足能量守恒定律

B．核电站是利用可控的核聚变来发电的

C．来源于太阳能的水能、风能、潮汐能等属于可再生能源

D．能量是守恒的，不会凭空消失，所以不会发生能源危机

题型二：核聚变

例二．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列核反应方程及其表述都正确的是（　　）

A．He＋Al→P＋H是原子核的人工转变

B．F＋H→O＋He是α衰变

C．H＋H→He＋γ是核聚变反应

D．U→Sr＋Xe＋3n是核裂变反应

变式迁移2：有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是（　　）

A．γ射线是高速运动的中子流

B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大

C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变

D．Bi的半衰期是5天，200gBi经过10天后还剩下25g

强化训练

一、选择题

1、铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是(      )

A. 铀块的质量是重要因素，与体积无关

B. 为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子

C. 若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生

D. 能否发生链式反应与铀的质量无关

2、一个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，则下列叙述正确的是(      )

A.原子核中含有86个中子

B.原子核中含有141个核子

C.因为裂变时释放能量，根据，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

3、下列有关核反应方程的说法正确的是（　　）

A．，是核裂变反应之一

B．铀核是一种常用的核燃料，若它的原子核发生如下裂变反应，则a+b可能是

C．钚238的同位素打造的“核电池”为“玉兔二号”提供保暖，其核反应，属于β衰变

D．氢核聚变可以简化为4个氢核（）聚变生成氦核（），并放出2个X，同时伴随着产生γ光子，则X是电子

4、如图为普通使用的“慢中子”核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，一种典型的铀核裂变方程，用重水作慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核每次碰撞均为弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子质量的两倍，则下列说法不正确的(      )

A.钡核的比结合能比铀核的大

B.若碰撞前中子的动能为，经过一次弹性碰撞后中子动能变成

C.镉棒插入深一些可增大链式反应的速度

D.水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线

5、关于近代物理知识下列说法中正确的是（　　）

A．核反应方程中，生成物X的中子数为128

B．铀235吸收慢中子裂变成中等质量原子核的过程中，核子的平均质量变大

C．一个中子可转化成一个质子和一个电子，同时释放出能量

D．在辐射防护中，可以用电磁场来加速、减速以及束缚中子

6、2021年5月，中国的“人造太阳”，在1.2亿摄氏度下，成功“燃烧”101秒。这标志着我国核聚变研究又获得重大突破，也为人类获得可控核聚变能源奠定了商用的物理和工程基础。下列关于核聚变的说法正确的是（     ）

A．核聚变可以在常温下发生

B．太阳释放的巨大能量是核聚变产生的

C．聚变反应中吸收的能量大于释放的能量

D．是聚变反应

7、2020年12月4日，新一代“人造太阳”中国环流二号M装置（HL-2M）正式建成并实现首次放电，放电温度达太阳芯部温度近10倍。“人造太阳”实验中的可控热核反应的方程是，海水中富含反应原料氘（），氚核（）可以用中子轰击锂核（）得到。下列说法正确的是（　　）

A．上述核反应前后核子数相等，生成物的质量等于反应物的质量

B．中子轰击锂核（）反应方程为

C．中子轰击锂核（）发生了衰变

D．氘核（）和氚核（）的比结合能均比氦核（）的比结合能大

8、下列核反应方程中，属于轻核聚变的是（　　）

A． B．

C． D．

9、2020年12月4日在成都，我国核聚变反应“人造太阳”已获得重大突破新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（）正式建成并首次放电，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础，核聚变反应方程中，X表示（　　）

A．质子 B．正电子 C．负电子 D．中子

10、中国“嫦娥五号”在月球采集的约2公斤月壤中含有地球上鲜有的，是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”。有关聚变的核反应方程如下：

① ，②；

下列说法正确的是（   ）

A．X为质子，Y为中子

B．的比结合能比的比结合能大

C．方程①中：质量亏损约为5.9×10-31kg

D．方程②中：核子平均释放的能量约为2.14MeV

11、下列关于原子核的叙述正确的是（　　）

A．阴极射线表明原子核内部有电子

B．轻核聚变反应方程：，其中x表示电子

C．轻核聚变和重核裂变过程中都有质量亏损，都向外界放出能量

D．方程式是重核裂变反应方程