6.2核裂变和裂变反应堆

人教版高中物理核裂变与核聚变课后习题答案及解析练习与应用1．什么是核裂变？什么是链式反应？解析：重核分裂成中等质量原子核的核反应叫做重核的裂变。

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。

2．在核反应堆中，用什么方法控制核裂变的速度？解析：核反应堆是人工控制链式反应的装置，控制速度的原理：在铀棒之间插些镉棒，因为镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使镉棒插深些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就减慢了；反之，则把镉棒插浅一些，让它吸收中子少一些，链式反应的速度就可以增大，一般来说这些操作是用电子仪器来完成；所以在原子核反应堆中，可用能吸收中子的镉棒来控制核裂变反应的速度。

3．什么是核聚变？核聚变过程中的能量转化有什么特点？解析：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变．聚变发生时需要提供巨大的能量，但反应中放出的能量比提供的能量要大得多。

4．请分析：在地球上实现受控热核反应的必要性、可能性和困难是什么？解析：必要性:由于地球上石化燃料和裂变材料的贮量有限,开发聚变能非常重要,并且是一项十分紧迫的任务。

各国科学家都在加紧研究,以期尽快在地球上制造出人类自己的太阳,缓解甚至消除能源危机的困扰。

可能性:地球上聚变材料的储量丰富,每升水中含有0.03g的氘,地球上的河流、湖泊、海洋等有138.6亿立方米的水,大约有40亿吨氘。

聚变反应中所用的氘可以利用锂来提取,地球上锂的储量有2000亿吨,用来制取氘足以满足聚变的需要。

困难:地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温。

5．在一个反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速。

碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核的每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前碳核都是静止的。

（1）设碰撞前中子的动能是E0，经过一次碰撞，中子失去的动能是多少？解析：设中子的质量为m，速度为v0，碳核的质量为M，碰撞后中子、碳核的速度分别为v1、v，以v0方向为正方向，根据动量守恒定律得：mv0=mv1+Mv根据机械能守恒定律得：12m v02=12m v12+12M v2由以上两式解得v1= - 1113v0碰撞一次，中子损失的动能为：△E K=12m v02-12m v12=48169E0（2）至少经过多少次碰撞，中子的动能才能小于10-6E0？根据以上计算结果每一次后的末速度都是原来的11，所以经过n13）n v0,根据动能公式可得：次后其末速度为原来的（1113）2n=10-6这个关系式，展开的2n（lg11-lg13）=-6 （1113解得n=41.2 所以至少要经过42次碰撞才可以小于10-6E06．秦山核电站第一期工程装机容量为3×108W。

核裂变和核聚变反应堆在航空航天中的应用核裂变和核聚变反应堆在航空航天中的应用核能是一种强大而高效的能源源泉，它在各个领域都有着广泛的应用。

航空航天作为一项高科技和高能耗的行业，也在寻求更加高效和可靠的能源解决方案。

核裂变和核聚变反应堆正是满足这一需求的最佳选择。

它们具有能量密度高、燃料消耗少、可持续性强等优势，因此被广泛应用于航空航天领域。

首先，核裂变反应堆在航空航天中的应用是最为成熟和广泛的。

核裂变是指一种重核分裂成两个相对轻的核的过程，释放出巨大的能量。

核裂变反应堆使用铀、钚等重核作为燃料，通过控制链式反应产生的中子来维持反应过程。

这种反应堆的最大优势是能量密度高，即少量的核燃料就可以产生巨大的能量。

对于航空航天来说，这意味着可以大大减小载荷的重量，使飞行器的续航能力大幅提升。

目前，核裂变反应堆已经应用于核动力航天器的研究和设计中。

核动力航天器是一种使用核能源来提供动力的飞行器，它可以长时间在太空中进行任务，而不需要频繁地补给燃料。

核动力航天器的优势在于它的续航能力极强，可以在长时间的航天任务中提供持续的动力。

此外，核裂变反应堆还可以用于推进系统，通过产生大量的热能来推动喷气发动机或离子推进器，提高飞行器的速度和推力。

然而，核裂变反应堆也存在一些问题需要解决。

首先，核裂变反应堆的体积较大，不适合用于小型飞行器。

其次，核燃料的处理和辐射防护都需要严格的安全措施，增加了研发和运营的成本。

另外，核裂变反应堆产生的放射性废物处理也是一个挑战。

因此，虽然核裂变反应堆在航空航天中有着广泛的应用前景，但还需要进一步的技术突破和安全保障措施。

除了核裂变反应堆，核聚变反应堆也被认为是未来航空航天能源的理想选择。

核聚变是指将轻核聚合成较重的核的过程，同样释放出巨大的能量。

核聚变反应堆使用氘、氚等轻核作为燃料，通过高温和高压条件下的核聚变反应来产生能量。

核聚变反应堆的最大优势是燃料消耗少，氘和氚等轻核燃料在地球上非常丰富，几乎可以取之不尽。

重核裂变链式反应1942年，意大利科学家恩瑞克费米领导了世界上第一座原子核反应堆的建设和试验工作。

同时研究使链式反应变为连续、缓慢、可控的何反应，使核能平缓地释放出来。

1942年12月2日，在美国芝加哥体育场的看台下，世界上第一座用石墨作减速剂的原子核反应堆竣工落成一．核能：原子核发生变化时释放的能量一个核子要摆脱其它核子的核力吸引，需要巨大的能量。

1．结合能：核子结合成原子核时要放出一定的能量；原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量γ光子照射氘核：光子的能量等于或大于2.22MeV中子和质子结合： 放出的光子的能量为2.22MeV平衡下列核反应方程：在核反应堆中，石墨起 的作用，镉棒起 的作用。

关于太阳辐射能的主要由来，下列说法中正确的是（ ）A ．来自太阳中重元素裂变反应释放的核能B ．来自太阳中轻元素聚变反应释放的核能C ．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能D ．来自太阳本身贮存的大量内能2．平均结合能：一个原子核结合能，除以这个原子核的核子数，得到的结果叫做每个核子的平均结合能。

平均结合能是核子结合成原子核时（把原子分解成核子时）每个核子平均放出（吸收）的能量。

平均结合能越大，原子核就越难拆开。

平均结合能的大小反映核的稳定程度:质量数较小的轻核和质量数较大的重核，平均结合能较大;中等质量的原子核，平均结合能大。

即将中等质量数的原子核打散成核子要提供给每个核子的能量大。

二．重核裂变：重核受到其它粒子（如中子）轰击时裂变成两块质量较轻的核，同时还能放出中子。

1．重核的裂变是在1939年12月，德国的哈恩和他的助手斯特拉斯曼，用中子轰击铀核时发现。

2．铀核（92）裂变的产物多种多样，裂变为氙（Xe54）和锶（Sr38）、钡（Ba56）和氪（Kr36）、锑（Sb51）和铌（Nb41），同时放出2~3个中子。

还能分裂成三部分或四部分（少见）3．裂变的原因：中子打进铀核，形成处于激发态的复核。

复核中核子剧烈运动，核变成不规则形状，核子间的距离增大，核力减小，不能克服库伦斥力，裂变。

《裂变反应堆》知识清单一、什么是裂变反应堆裂变反应堆，简单来说，就是一种能够通过核裂变过程产生大量能量的装置。

核裂变是指重原子核（如铀、钚等）在吸收一个中子后分裂成两个或多个较轻原子核，并同时释放出能量和更多中子的过程。

在裂变反应堆中，通过控制这些中子的数量和速度，使得核裂变反应能够持续稳定地进行，从而不断地释放出能量。

这些能量可以被转化为电能、热能等形式，为我们的生活和工业生产提供动力。

二、裂变反应堆的工作原理裂变反应堆的工作原理基于核链式反应。

当一个重原子核吸收一个中子并发生裂变时，会释放出两个或三个新的中子，以及大量的能量。

如果这些新产生的中子能够继续引发其他原子核的裂变，就会形成链式反应。

为了控制反应的速率，反应堆中通常会使用控制棒来吸收多余的中子。

控制棒一般由能够强烈吸收中子的材料制成，如硼、镉等。

通过调节控制棒插入反应堆的深度，可以控制参与裂变的中子数量，从而调节反应堆的功率输出。

此外，反应堆中还需要有冷却剂来带走裂变产生的热量，防止反应堆过热。

常见的冷却剂有水、氦气、钠等。

三、裂变反应堆的分类1、按中子能谱分类热中子反应堆：在这种反应堆中，裂变主要由速度较慢（热运动速度）的中子引发。

热中子反应堆通常使用低浓缩铀作为燃料，水作为冷却剂和慢化剂。

快中子反应堆：快中子反应堆中的裂变由速度较快的中子引发。

这种反应堆可以使用更广泛的核燃料，包括贫铀和钍等。

2、按用途分类动力堆：主要用于发电和提供动力，如核电站中的反应堆。

研究堆：用于科学研究和实验，为核物理、材料科学等领域提供研究条件。

生产堆：用于生产放射性同位素或其他核材料。

四、裂变反应堆的组成部分1、核燃料核燃料是反应堆的核心部分，通常是铀、钚等可裂变物质。

核燃料需要经过一定的加工和处理，制成合适的形状和浓度，以保证反应的顺利进行。

2、慢化剂慢化剂的作用是将裂变产生的快中子减速为热中子，以便更容易引发后续的裂变反应。

常见的慢化剂有水、重水和石墨等。

核裂变反应堆的工作原理
核裂变反应堆是一种将重核（如铀）的核裂变产生的能量转化为热能，进而驱动发电机发电的装置。

其工作原理如下：
1. 燃料：核裂变反应堆中使用的燃料一般是铀-235或钚-239等重核。

这些燃料的核结构相对较不稳定，容易通过核裂变反应产生大量的能量。

2. 中子：为了启动核裂变过程，需要向燃料中注入中子。

中子是一种没有电荷的粒子，能够穿透原子核，与重核发生相互作用。

中子通过剧烈撞击重核，使得核发生裂变并释放出大量的能量。

3. 控制棒：为了控制核反应的速度和稳定性，可降低或增加反应堆中中子的数量。

核反应堆中装有可移动的控制棒，一般由具有吸中子能力的物质制成（如硼化钠）。

控制棒的位置调节可以增加或减少中子与燃料核的相互作用，从而控制反应堆的功率。

4. 冷却剂：核反应过程中会产生大量热能，需要通过冷却剂将其带走。

常用的冷却剂有水、氦气等。

冷却剂在核反应堆中循环流动，通过与燃料接触，吸取热能然后带走。

5. 热交换器：核反应堆产生的热能通过热交换器传递给工质。

在热交换器中，冷却剂的热能转移给工质（如水），产生高压高温的蒸汽。

6. 蒸汽发电机：通过高温高压的蒸汽驱动发电机，将热能转化为电能。

蒸汽驱动叶轮旋转，激活发电机里的磁场，从而产生电能。

以上就是核裂变反应堆的工作原理。

核裂变反应堆通过核裂变反应释放的热能产生蒸汽，进而通过蒸汽发电机将热能转化为电能，实现发电的过程。

核裂变三维教学目标1、知识与技能（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；（2）知道什么是链式反应；（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；（4）知道什么是核反应堆。

了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。

2、过程与方法（1）通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力；（2）通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。

3、情感、态度与价值观（1）激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系；（2）通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性；（3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。

教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。

教学难点：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释放能量这一结论。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

（一）引入新课大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。

大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。

我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。

（二）进行新课1、核裂变（fission）提问：核裂变的特点是什么？（重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变）总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。

提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？（只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能）总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。

《核反应堆与核裂变》讲义一、引言在当今的能源领域，核反应堆与核裂变技术占据着重要的地位。

它们不仅为我们提供了大量的电力，还在医学、工业等众多领域发挥着关键作用。

然而，对于大多数人来说，核反应堆与核裂变的原理和应用可能还比较陌生。

接下来，让我们一起深入了解这一神秘而又强大的技术。

二、核裂变的基本原理核裂变，简单来说，就是一个重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程。

在这个过程中，会释放出巨大的能量。

以铀-235 为例，当一个中子撞击铀-235 原子核时，铀原子核会吸收这个中子，变得不稳定并发生分裂。

分裂过程中，会释放出 2 到 3 个新的中子，以及大量的能量。

这些释放出的中子又会继续撞击其他铀原子核，引发链式反应，从而持续释放出更多的能量。

这个过程中释放的能量是极其巨大的。

根据爱因斯坦的质能方程E=mc²（其中 E 表示能量，m 表示质量的变化，c 表示光速），即使是微小的质量损失，也能转化为巨大的能量输出。

三、核反应堆的类型目前，常见的核反应堆类型主要有以下几种：1、压水堆压水堆是目前世界上应用最广泛的核反应堆类型之一。

在压水堆中，反应堆的冷却剂和慢化剂都是水。

水在反应堆堆芯中吸收热量，然后通过蒸汽发生器将热量传递给二回路的水，产生蒸汽驱动汽轮机发电。

2、沸水堆沸水堆与压水堆的主要区别在于，沸水堆中的水在反应堆堆芯中直接产生蒸汽，然后驱动汽轮机发电。

3、重水堆重水堆使用重水（即氘和氧组成的水）作为慢化剂和冷却剂。

重水对中子的吸收较少，因此可以使用天然铀作为燃料。

4、快中子增殖堆快中子增殖堆利用快中子引发核裂变，并通过增殖材料（如钚-239）将多余的中子转化为可裂变材料，从而实现核燃料的增殖。

四、核反应堆的结构和组成核反应堆通常由以下几个主要部分组成：1、堆芯堆芯是核反应堆的核心部分，其中包含核燃料（如铀、钚等）和控制棒。

核燃料在堆芯中发生核裂变反应，释放出能量和中子。

控制棒用于控制反应的速率，通过吸收中子来调节链式反应的强度。

核反应堆技术的现状与发展核反应堆技术是一种利用核裂变或核聚变反应释放能量的技术。

它在能源领域具有重要的地位，被广泛应用于发电、医疗、工业等领域。

本文将介绍核反应堆技术的现状和发展趋势。

一、核反应堆技术的现状目前，核反应堆技术主要分为两种类型：核裂变反应堆和核聚变反应堆。

1. 核裂变反应堆核裂变反应堆是利用重核（如铀、钚等）的裂变过程释放能量的一种技术。

目前最常见的核裂变反应堆是压水堆（PWR）和沸水堆（BWR）。

压水堆是目前世界上最常见的核反应堆类型，其核燃料为浓缩铀或钚铀混合物。

压水堆的冷却剂和工质是水，核燃料在反应堆中产生的热量通过冷却剂传递给蒸汽发生器，再由蒸汽发生器产生蒸汽驱动汽轮机发电。

沸水堆与压水堆类似，但其冷却剂和工质是同一种水。

核燃料在反应堆中产生的热量直接转化为蒸汽，驱动汽轮机发电。

2. 核聚变反应堆核聚变反应堆是利用轻核（如氘、氚等）的聚变过程释放能量的一种技术。

核聚变反应堆的优势在于燃料资源丰富，反应产物无放射性污染。

然而，目前核聚变反应堆技术仍处于实验阶段，尚未实现商业化应用。

二、核反应堆技术的发展趋势1. 安全性的提升核反应堆技术的安全性一直是人们关注的焦点。

未来的核反应堆将更加注重安全设计和控制系统的完善。

例如，采用更先进的被动安全系统，提高反应堆的自稳定性和自动关闭能力，减少人为操作的干预。

2. 高效能源的开发核反应堆技术在能源领域具有巨大潜力。

未来的核反应堆将更加注重能源的高效利用。

例如，采用高温气冷堆技术，提高热效率；采用核聚变反应堆技术，实现可控核聚变反应，释放更多的能量。

3. 应用领域的拓展核反应堆技术不仅可以用于发电，还可以应用于其他领域。

例如，核反应堆技术可以用于医疗领域的放射性同位素生产，用于治疗癌症等疾病；还可以用于工业领域的热能供应，用于加热、蒸汽产生等工艺。

4. 国际合作的加强核反应堆技术的发展需要国际合作和共享资源。

未来，各国将加强合作，共同推动核反应堆技术的发展。

《裂变反应堆》知识清单一、什么是裂变反应堆裂变反应堆，简单来说，就是一种能够通过核裂变过程产生大量能量的装置。

核裂变，指的是重原子核（如铀、钚等）在吸收一个中子后分裂成两个或多个质量较小的原子核，并释放出巨大能量和新的中子的过程。

在裂变反应堆中，这些核燃料被精心布置在特定的结构中，以实现可控的链式反应，从而持续稳定地输出能量。

二、裂变反应堆的工作原理要理解裂变反应堆的工作原理，首先得明白链式反应这个概念。

当一个重原子核发生裂变时，会释放出两到三个中子。

如果这些中子能够继续撞击其他的重原子核并引发新的裂变，就形成了链式反应。

在反应堆中，通过控制中子的速度、数量以及燃料的浓度和分布，来确保链式反应以适当的速度进行，既不会过快导致失控，也不会过慢而无法维持反应。

为了控制反应速度，通常会使用控制棒。

控制棒一般由能够强烈吸收中子的材料制成，如硼、镉等。

通过插入或抽出控制棒，可以调节中子被吸收的数量，从而控制反应的速率。

此外，还会使用冷却剂来带走反应产生的热量，防止反应堆过热。

常见的冷却剂有水、氦气、液态金属等。

三、裂变反应堆的分类裂变反应堆按照不同的标准，可以分为多种类型。

按用途分，有用于发电的动力堆，用于生产核材料的生产堆，以及用于研究的研究堆等。

按冷却剂和慢化剂的类型分，有水冷堆（以水为冷却剂和慢化剂）、气冷堆（以气体如氦气为冷却剂）、液态金属冷却堆（如钠冷堆）等。

按中子能量分，有快中子堆和热中子堆。

快中子堆中，裂变主要由快中子引发；而热中子堆中，中子经过慢化后成为热中子再引发裂变。

四、裂变反应堆的关键部件1、核燃料核燃料通常是铀-235 或钚-239 等易裂变材料。

铀矿石经过开采、加工和浓缩，才能得到高浓度的铀-235 作为燃料。

2、堆芯堆芯是反应堆的核心部分，里面放置着核燃料组件和控制棒。

3、压力容器用于容纳堆芯和冷却剂，承受高温高压，保证反应堆的安全运行。

4、冷却系统负责将反应堆产生的热量及时带走，以维持合适的工作温度。