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1、核反应和核能的利用核反应和核能的利用 一、核反应一、核反应 所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。 （注意：质量并不守恒。 ） 核反应类型有衰变、人工转变、重核的裂变和轻核的聚变 1、衰变： 衰变：（核内） e HThU 4 2 234 90 238 92 HenH 4 2 1 0 1 1 22 衰变：（核内）ePaTh 0 1 234 91 234 90 eHn 0 1 1 1 1 0 + 衰变：（核内）eSiP 0 1 30 14 30 15 enH 0 1 1 0 1 1 衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。 2、人工转变：（发现质子的核反应）HOHeN 1
2、1 17 8 4 2 14 7 （发现中子的核反应）nCHeBe 1 0 12 6 4 2 9 4 （人工制造放射性同位素）nPHeAl 1 0 30 15 4 2 27 13 eSiP 0 1 30 14 30 15 3、重核的裂变 ： 在一定条件下（超过临界体积） ，裂变反n3KrBanU 1 0 92 36 141 56 1 0 235 92 应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。 4、轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）nHeHH 1 0 4 2 3 1 2 1 二、核能二、核能核反应中放出的能叫核能。 1结合能结合能 由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合
3、体。要把原子核拆散成核子，需要 克服核力做巨大的功，,或者需要巨大的能量。这表明要把原子核分开成核子要吸收能量， 核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫做原子核的结合能. 原子核越大，它的结合能越高,因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能， 也叫平均结合能。比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定. 2质量亏损质量亏损 核子结合生成原子核， 所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些， 这种现象叫 做质量亏损。 3、爱因斯坦质能方程：、爱因斯坦质能方程： Emc2 物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于 c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分 可观的。 4
4、、核反应中由于质量亏损而释放的能量：、核反应中由于质量亏损而释放的能量：E=m c2 中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大)，这些核最稳定。另一方面如 果使较重的核分裂成中等大小的核， 或者把较小的核合并成中等大小的核， 核子的比结合能 都会增加，这样可以释放能量供人使用。 以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。 在非国际单位里，可以用 1u=931.5MeV。它表示 1 原子质量单位的质量跟 931.5MeV 的能量 相对应。 5、对质能方程的理解、对质能方程的理解 定的质量 m 总是跟一定的能量 mc2对应。核子在结合成原子核时的总质量减少了，相应的 总能量也要减少，
5、根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过 程中释放出去。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的这 部分能量也不会凭空产生，要由外部来供给。能量总是守恒的，在原子核反应伴随有巨大的 放能和吸能现象。 物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增加了，它的能量也增加；不能错误地认 为质量和能量发生了相互转化。 三、释放核能的途径三、释放核能的途径 凡是释放核能的核反应都有质量亏损。 核子组成不同的原子 核时， 平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核 中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均 放的能多。 铁原子核中核子的平均质量
6、最小， 所以铁原子核 最稳定。 凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反 应都是释放核能的。 通过核子平均质量与原子序数的关系， 推理得出由质量数较 大的原子核分裂成质量数较小的原子核可以释放能量， 1、 重核的裂变：重核的裂变： （1）重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。 如铀核裂变的一个方程： 2351141921 92056360 3UnBaKrn （2）链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂 变的链式反应。 裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。 铀核裂变的产物 不同，释放的能量也不同。 （3）核反应堆 目前的所有
7、正式运行的核电站都是应用裂变发电的。 核反应堆的主要组成是： 核燃料。用浓缩铀（能吸收慢中子的铀 235 占 3%4%） 。 减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速，以便被铀 235 吸收） 。 控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强） 。 冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证 安全） 。 水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。 2、轻核的聚变：、轻核的聚变： （1）两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。 因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大， 聚变成质量较大的原子核能产生更 多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就
8、更大 聚变需要几百万度高温，所以又叫热核反应 （2）聚变与裂变相比有很多优点 轻核聚变产能效率高。 地球上聚变燃料的储量丰富。 是轻核聚变反应更为安全、 清洁。 049.西安市重点中学西安市重点中学 2008 届届 4 月份理综试题月份理综试题 1、下图中有四幅图片，涉及到有关物理学发 展历史的四个重大发现，则下列的有关说法中，不正确不正确的是： ( A ) A、X 光是居里夫人最先发现的。 B、天然放射性是贝克勒尔最先发现的。 C、法拉第发现了磁生电的方法和规律。 D、为了维护世界和平，1964 年 10 月 16 日,我国第一颗原子弹爆炸成功核能的利用得益 于质能方程,质能方程在世界上得到
9、了的广泛应用,正影响着今天的世界,因此被称为改变世 界的方程。 gk010.2008 年高考理综四川卷年高考理综四川卷 15、下列说法正确的是 （ A ） A 射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B 射线比 射线更容易使气体电离 C太阳辐射的能量主要来源于重核裂变 D核反应堆产生的能量来自轻核聚变 解析： 射线中的 光子不带电，故在电场与磁场中都不会发生偏转，A 正确； 粒子的特 点是电离能力很强，B 错；太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变，C 错；核反应堆产生的 能量是来自于重核的裂变，D 错 061.北京西城区北京西城区 2008 年年 5 月抽样月抽样 14氢弹爆炸的核反应是 ( A )
10、A BnHeHH 1 0 4 2 3 1 2 1 HOHeN 1 1 17 8 4 2 14 7 C Dn3KrBanU 1 0 92 36 141 56 1 0 235 92 nCHeBe 1 0 12 6 4 2 9 4 039.08 年深圳市高三年级第一次调研考试年深圳市高三年级第一次调研考试 5一个原子核在中子的轰击下裂变方程为U 235 92 ，则下列说法正确的是 ( ACD )nSrXnU 1 0 94 38 1 0 235 92 2 AX 原子核中含有 86 个中子 BX 原子核中含有 141 个核子 C铀核裂变的产物是多种多样的，具有一定的偶然性 D为了使裂变的链式反应容易进行
11、，最好用纯铀 235 gk002.2008年高考全国卷年高考全国卷20 中子和质子结合成氘核时， 质量亏损为m， 相应的能量E mc22.2 MeV 是氘核的结合能。下列说法正确的是（ A D ） A用能量小于 2.2MeV 的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子 B用能量等于 2.2 Mev 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它 们的动能之和为零 C用能量大于 2.2MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它 们的动能之和为零 D用能量大于 2.2MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子 和一个中子，它 们的动能之和不
12、为零 064. 08 年福建省十大名校高考模拟试题年福建省十大名校高考模拟试题 1现在太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢核聚 变产生的，大约在 40 亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为 ，到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共同产生的。CHeHeHe 12 6 4 2 4 2 4 2 已知的质量为 m1，的质量为 m2，则下列判断正确的是（ A ）He 4 2 C 12 6 A3m1 m2 B3m1 m2 C3m1 = m2 D m1 = 3m2 047.08 年福建省毕业班质量检查年福建省毕业班质量检查 142008 年北京奥运会场馆设施采用很多太阳能技术。太 阳的能量
13、来源于氢核的聚变， 每次聚变反应可以看作是4个氢核()结合成1个氦核()，H 1 1 He 4 2 同时放出正电子()。已知氢核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，真e 0 1p m m e m 空中光速为 c。下列关于氢核聚变的说法正确的是 ( A C ) A核反应方程为eHeH 0 1 4 2 1 1 24 B核反应方程为eHeH 0 1 4 2 1 1 4 C每次核反应所释放的能量为。 2 24c )mmm( ep D每次核反应所释放的能量为。 2 4c )mmm( ep 059.江 苏 南 通 市江 苏 南 通 市 2008 届 第 三 次 调 研 测 试届 第 三 次 调 研 测
14、 试 12.(2) 一个高能 光子，经过重核附 近时与原子核场作用，能产生一对正负电子，请完成相应的反应方程： 已知电子质量 me=9.1010-31kg，光在真空中的传播速度为速为 c=3.00108m/s，则光子 的能量至少为 J 答：（2 分） 1.6410-13 J（2 分）ee 0 1 0 1 - 066.珠海市珠海市 2008 年高考模拟考试年高考模拟考试 3 太阳能来源于轻核的聚变， 太阳中存在的主要元素是氢， 氢核的聚变反应可以看作是 4 个氢核（）结合成 1 个氦核（） 下表中列出了部分H 1 1 He 4 2 粒子的质量（取 1uc2=931.5MeV） 粒子名称质子 p粒
15、子电子 e中子 n 质量 / u1.00734.00150.000551.0087 以下说法中正确的是（ A C D ） A核反应方程为 eHeH 0 1 4 2 1 1 24 B核反应方程为eHeH 0 1 4 2 1 1 24 C4 个氢核结合成 1 个氦核时的质量亏损约为 0.0266u D聚变反应过程中释放的能量约为 24.8MeV 046.南京市 2008 届第一次模拟考试046.南京市 2008 届第一次模拟考试 14 （3） （本题 4 分）2008 年北京奥运会场馆周围 80 90 的路灯将利用太阳能发电技术来供电，奥运会 90的洗浴热水将采用全玻真空太 阳能集热技术科学研究发
16、现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应， 即在太阳内部 4 个氢核（）转化成一个氦核（）和两个正电子（）并放出能量.H 1 1 He 4 2 e 0 1 已知质子质量 mP = 1.0073u， 粒子的质量 m = 4.0015u，电子的质量 me = 0.0005u 1u 的 质量相当于 931.MeV 的能量 写出该热核反应方程； 一次这样的热核反应过程中释放出多少 MeV 的能量?（结果保留四位有效数字） 答：（2 分）eHeH 0 1 4 2 1 1 24 m = 4mP m2me = 41.0073u4.0015u20.0005u = 0.0267 u （2 分） E
17、 = mc2 = 0.0267 u931.5MeV/u 24.86 MeV （2 分） 050.江苏省盐城市江苏省盐城市 07-08 学年度第二次调研考试学年度第二次调研考试 123 （2）镭（Ra）是历史上第一个被分 离出来的放射性元素，已知能自发地放出粒子而变成新核 Rn，已知的质量为Ra 226 88 Ra 226 88 M1=3.75331025kg，新核 Rn 的质量为 M2=3.68671025kg，粒子的质量 为 m=6.64661027kg， 现有一个静止的核发生衰变， 衰变后粒子的速度为 3.68Ra 226 88 105m/s。则：（计算结果保留两位有效数字） 写出该核反应
18、的方程式。 此反应过程中放出的能量是多少？ 反应后新核 Rn 的速度是多大？ 解：(2) (3 分)RnHeRa 222 86 4 2 226 88 （2 分）J.c )mMM(mcE 122 21 2 1021 （2 分）0 22 mvvM m/s (1 分) 3 22 1066.M/mvv gk003.2008 年高考理综北京卷年高考理综北京卷 14.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个 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 （ B ） A.核反应方程是 HnH 3 1 1 0 1 1 B.聚变反应中的质量亏损 321 mmmm C.辐射出的光子的能量 2 213 c )mmm(E D. 光子的波长 2 321 c )mmm( h 解析解析从核反应方程应遵守电荷数守恒和质量数守恒判断A选项错误。由题意 ： 核反应辐射 光子，说明有能量放出，再由质能方程判定，所放能量源自质量亏损，故B正确。由质能方 程得：核反应释放核能，故C选项不正确。由 2 mcE 2 321 2 )(cmmmmcE 得：，故D错误。 c hE cmmm h 321