D重核裂变链式反应

核裂变反应链式反应动力学相关参数计算核裂变是指原子核经历裂变反应，将一个原子核裂变成多个相对较小的原子核和释放出大量的能量。

核裂变反应链式反应动力学研究的是核裂变反应的速率和相关参数的计算。

在本文中，我们将探讨核裂变反应链式反应动力学的相关参数计算方法。

核裂变反应链式反应动力学的相关参数主要包括裂变产物的稳定性、裂变产物的生成速率、平均裂变释放的能量和相应的裂变截面。

首先，我们来计算裂变产物的稳定性。

裂变反应产生的裂变产物通常是较不稳定的，会通过放射性衰变进一步转化成稳定的产物。

计算裂变产物的稳定性可以使用半衰期公式。

半衰期是指一个核素中一半的原子核在给定条件下发生衰变所需的时间。

通过实验测定半衰期，可以计算出裂变产物的稳定性。

其次，我们需要计算裂变产物的生成速率。

裂变反应的生成速率是指单位时间内裂变产物的生成数量。

裂变反应的生成速率可以通过核裂变截面和裂变率计算得出。

核裂变截面是指入射粒子与目标核相互作用并发生核裂变的断面积。

裂变率是指单位时间内裂变事件的发生次数。

平均裂变释放的能量是核裂变反应中释放的能量与产生的裂变产物数目的比值。

该能量可通过实验测定裂变反应过程中释放的能量，并除以裂变产物的数目得到。

最后一个相关参数是裂变截面。

裂变截面是核裂变反应中入射粒子与目标核相互作用并发生核裂变的断面积。

裂变截面可以通过实验测定得到，也可以通过理论计算估计。

在实际计算过程中，我们需要考虑到核裂变反应链的复杂性。

核裂变反应通常是多步反应，涉及多个裂变产物的生成和衰变过程。

因此，我们需要建立反应链模型，考虑每个阶段的速率常数和裂变产物的衰变过程。

使用差分方程或微分方程组可以描述核裂变反应链的动力学演化过程。

在计算核裂变反应链式反应动力学相关参数时，我们还需考虑输入数据的准确性和实验条件的合理性。

实验数据的准确性对于计算结果的可靠性有很大的影响。

同时，实验条件的合理性也会影响计算结果的准确性。

总结来说，核裂变反应链式反应动力学相关参数的计算是通过对裂变产物的稳定性、生成速率、平均释放能量和裂变截面的计算来实现的。

《核裂变与链式反应》讲义一、教材版本与章节介绍咱们今天讲的内容来自鲁科版高中物理必修1，在第1章绪论之后，还有关于碰撞与动量守恒等有趣的章节，咱们现在聚焦在第四章原子核里的第五节裂变和聚变中的核裂变与链式反应这部分内容。

这部分内容就像是打开核能神秘大门的一把小钥匙，只要跟着老师我一起，保准你能轻松理解。

二、核裂变是啥玩意儿？同学们，咱们先来说说核裂变。

简单来讲呢，核裂变就是那些很重很重的原子核啊，它们分裂成两个或者好几个质量比较小的核的这么一个反应。

就好比一个超级大的家庭突然分成了好几个小家庭一样。

那这个过程呢，还会释放出能量，这个能量可不得了，咱们给它取了好几个名字，像裂变能、核能或者原子能。

比如说铀核或者钚核这些重核就特别容易发生这种裂变反应。

想象一下，那些原本紧紧抱在一起的重核里面，就像藏着巨大的能量宝藏，一旦发生裂变，就相当于把宝藏释放出来啦。

三、链式反应的神奇之处1、链式反应的概念那什么是链式反应呢？这可就更有趣了。

当一个中子去撞击铀核，让铀核发生裂变的时候啊，这个铀核裂变的同时呢，会放出2到3个中子。

这就好比一个小石子投入平静的湖面，溅起好多小水花一样。

这些放出来的中子如果再去撞击其他的铀核，让其他铀核也发生裂变，然后新裂变的铀核又放出更多的中子，这样一代接一代地继续下去，就像一条锁链一样，一环扣一环，反应就不断地进行下去了，而且还会越来越强烈呢。

这就是链式反应啦。

2、链式反应的条件不过呢，链式反应可不是想发生就能发生的，它是有条件的。

首先啊，发生裂变物质的体积得够大才行，要大于临界体积。

这个临界体积就像是一个门槛，如果裂变物质的体积比这个临界体积小，那链式反应就没法顺利开展啦。

就好比你要办一场超级热闹的派对，场地得足够大才行，如果场地太小，人都挤不进去，派对就热闹不起来了。

还有一个条件呢，就是得有持续不断的中子源。

就像咱们刚刚说的，没有这个中子源，就没有最初去撞击铀核的中子，那整个链式反应就没法开始，就像没有点火的鞭炮，怎么可能炸响呢？四、核反应堆的构成与作用1、核反应堆的组成部分那为了能让核裂变和链式反应乖乖听话，咱们人类发明了核反应堆。

易错点29 原子 原子核易错总结一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1．原子的核式结构（1）电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。

（2）α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。

（3）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

2．光谱（1）光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。

（2）光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

（3）氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2，（n ＝3,4,5，…），R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数。

3．玻尔理论（1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

（2）跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝E m －E n 。

（h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34 J·s ） （3）轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。

原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。

4．氢原子的能级、能级公式（1）氢原子的能级能级图如图所示（2）氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1（n＝1,2,3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。

②氢原子的半径公式：r n＝n2r1（n＝1,2,3，…），其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m。

课后素养落实(十四)(建议用时：40分钟)题组一 对核裂变和链式反应的理解1．(多选)当一个重核裂变时，它能产生的两个核( ) A ．一定是稳定的B ．含有的中子数较裂变前重核的中子数少C ．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D ．可以是多种形式的两个核的组合BD [重核裂变为两个中等质量的核时平均要放出2个或3个中子，裂变释放的能量比俘获中子时得到的能量大，故C 错误；质子数不变，中子数会减少，故B 正确；重核裂变的产物是多种多样的，故A 错误，D 正确。

]2．(多选)用中子(10n)轰击铀核(23592U)发生裂变反应，会产生钡核(14156Ba)和氪(9236Kr)并释放出中子(10n)，当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(23592U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV ＝1.6×10－19J)。

以下说法正确的是( )A ．23592U 的裂变方程为23592U →14156Ba ＋9236Kr ＋10nB ．23592U 的裂变方程为23592U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310nC ．23592U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关D ．一个23592U 裂变时，质量亏损约为3.6×10－28kgBCD [23592U 的裂变方程为23592U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310n ，故A 错误，B 正确；当铀块体积大于临界体积时链式反应才会发生，故C 正确；ΔE ＝200 MeV ＝2×108×1.6×10－19J ＝3.2×10－11J ，根据ΔE ＝Δmc 2，可知Δm ＝ΔE c 2＝3.2×10－11（3×108）2 kg ＝3.6×10－28kg ，故D 正确。

] 3．(多选)2020年11月8日，我国核潜艇第一任总设计师、中国工程院院士彭士禄荣获第十三届光华工程科技成就奖。

核物理学中的裂变链反应和自持链式反应在核物理学的广袤领域中，裂变链反应和自持链式反应无疑是极为重要的概念。

它们不仅在理论研究中具有关键地位，更是在能源生产、军事应用等实际领域发挥着巨大作用。

要理解裂变链反应，首先得明白什么是核裂变。

简单来说，核裂变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，会释放出大量的能量以及中子。

而裂变链反应，则是指由单个核裂变事件引发的一系列连续的核裂变。

想象一下这样的场景：一个铀-235 原子核吸收了一个中子后发生裂变，释放出能量的同时还产生了几个新的中子。

这些新产生的中子又有可能被其他铀-235 原子核吸收，从而引发新的裂变。

如此一来，一个接一个的原子核发生裂变，就像链条上的环节一样，一环扣一环，形成了裂变链反应。

那么，什么样的条件才能促成裂变链反应的持续进行呢？这就涉及到几个关键因素。

首先是燃料的浓度和质量。

以铀为例，如果铀-235的浓度过低或者燃料的质量太小，那么中子在逃出燃料之前引发新裂变的概率就会大大降低，难以形成持续的链反应。

其次是中子的能量和速度。

只有具有适当能量和速度的中子，才能有效地引发核裂变。

此外，还需要考虑燃料的几何形状和周围的环境等因素。

当裂变链反应能够在没有外部干预的情况下，持续不断地进行下去，就形成了自持链式反应。

自持链式反应是一种非常特殊的状态，它意味着系统能够自我维持，不断地产生能量和新的中子。

自持链式反应在核电站中得到了应用。

在核电站的核反应堆中，通过精心设计和控制，使裂变链反应能够稳定地进行，从而持续产生大量的热能。

这些热能被用来将水加热成蒸汽，驱动涡轮机发电。

然而，要实现安全、稳定的自持链式反应并非易事。

需要严格控制反应堆中的中子数量、燃料浓度、反应速率等参数，以防止反应失控。

一旦出现失控，就可能导致严重的核事故，给人类和环境带来巨大的灾难。

在军事领域，原子弹的爆炸就是基于快速的、不受控制的自持链式反应。

当大量的高浓缩铀或钚在极短的时间内发生裂变，释放出巨大的能量，就会产生极其强大的爆炸威力。

2022-2023学年人教版（2019）选择性必修第三册核裂变与核聚变学案（含答案）【素养目标】1.知道重核的裂变和链式反应2.会计算核裂变释放的能量3.了解原子弹的原理4.知道聚变反应的特点5.了解聚变反应的条件【必备知识】知识点一、核裂变1．定义：核物理中，把重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程，叫核裂变。

2．铀核的典型裂变方程用中子轰击铀核时，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23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程。

4．链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积．(2)铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．知识点二、反应堆与核电站1.核反应堆：通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆．2.反应堆工作原理(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围．反应堆示意图(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．知识点三、核聚变1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．2．典型的核聚变方程：21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV3．条件在超高温条件下，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库伦斥力，发生核聚变。

核裂变的机理及链式反应的条件
由于较重的原子核核子平均质量较大，其稳定程度较小，比较容易吸收其他粒子.如当中子打进铀235后，形成一个新的处于激发态的核，由于其中核子的剧烈运动，核子间的距离增大，核子之间的吸引力（核力）迅速减小，不足以克服质子之间的库仑斥力，核就分裂成两部分，产生裂变.一个铀核裂变产生的中子又不断引起其他铀核的裂变，就形成了链式反应.
但维持链式反应要有一定的条件.如果每次裂变放出的中子平均有一个能再度引起裂变反应，或者说一代裂变中子的总数不少于前一代的中子数，链式反应就能维持下去.由于裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被裂变物质中所含的杂质吸收，所以链式反应未必能持续地进行下去.要维持链式反应，就要减少裂变物质中的杂质（最好使用纯铀235），还要增大裂变物质的体积，也就是说要维持链式反应就存在一个裂变物质的最小体积，这个体积叫链式反应的临界体积.
参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少，裂变物质达到一定体积(临界体积)时，链式反应就可以持续下去.跟临界体积相对应的裂变物质的质量，叫临界质量.纯铀235的临界体积(球形)，直径只有4.8 cm，相应的临界质量只有1 kg左右.核反应堆，由于堆型的不同，临界质量可以从几千克到几百千克.。

6核裂变[学习目标] 1.知道什么是核裂变.2.知道链式反应及链式反应的条件，并能计算裂变释放的核能.3.了解裂变反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度以及如何防止核污染．一、核裂变1．核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程．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23592U＋10 n→14456Ba＋8936Kr＋310n.3．链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应．4．链式反应的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量．(2)有足够数量的慢中子．二、核电站1．核能释放的控制通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆．2．慢化剂反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水．3．控制棒为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒．4．能量输出核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等物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．5．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．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．(×)(2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(√)(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．(×)(4)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变．(×)(5)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．(√)(6)核反应堆用过的核废料无毒无害．(×)一、核裂变及链式反应[导学探究]如图1为铀核裂变示意图．图1(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程．(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？答案(1)当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应．235U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n92(2)铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应．[知识深化]1．常见的裂变方程(1)23592 U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210n(2)23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n2．链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积．体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核．(2)有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子．3．铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应．例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答案 C解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积时则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．针对训练1核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592U是核电站常用的核燃料.23592U受一个中子轰击后裂变成14456Ba和8936Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．答案3大于解析由质量数和电荷数守恒可知：23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是裂变物质的体积必须大于或等于它的临界体积．二、核电站[导学探究]如图2所示为核反应堆示意图：图2(1)核反应堆中各部件的作用是什么？(2)核电站发电有什么优点？答案(1)镉棒：吸收中子，控制反应速度．慢化剂：通常采用石墨、重水和普通水．作用是降低中子速度，便于铀235吸收．铀棒：发生链式反应，产生能量．保护层：是很厚的水泥外壳，屏蔽射线，防止放射性污染．(2)核电站发电的优点①消耗的核燃料少．②作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所提供的能量大．③对环境的污染要比火力发电小．[知识深化]1．核电站的主要组成：核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀235，它的主要部件列表如下：2.反应堆工作原理：(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图3为简化的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒周围．图3(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把热量传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．(4)保护层：发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．3．核电站发电的优点：(1)消耗的核燃料少．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所提供的能量大．(3)对环境的污染要比火力发电小．例2秦山核电站第三期工程的两个6×105 kW发电机组已实现并网发电，发电站的核能来源于23592U的裂变，下列说法正确的是()A．反应堆中核反应速度通常是采用调节23592U的体积来控制的B.23592U的一种可能裂变是23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nC.23592U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重答案 B解析反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错；23592U裂变有多种可能性，这是其中常见的一种，B对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错；核电对环境的污染比火电小，D错．针对训练2(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是()A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能B．镉棒的作用是控制反应堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能答案ABD解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；水或液态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，控制温度，故D正确．三、重核裂变释放核能的计算[导学探究]下面是铀核裂变反应中的一个核反应方程：235U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知铀92235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中质量亏损是多少？释放的总能量是多少？答案亏损质量是反应前的总质量减去反应后的总质量：Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)u＝0.150 7 u释放的总能量为ΔE＝Δmc2＝931.5×0.150 7 MeV＝140.377 05 MeV.[知识深化]1．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．2．在计算释放的核能时：质量单位为“u”时，可直接用“1 u的质量亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量；当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×108)2，总能量单位才是焦耳．例3关于重核的裂变，下列说法正确的是()A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能答案 D解析核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C错误．例4用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．答案10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J解析根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．铀核裂变方程为10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n，则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝3.578×10－28 kg，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2J＝3.220 2×10－11 J.1．(对核裂变的理解)(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应为23592U＋10 n→14456Ba＋8936Kr＋310n，下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B错；铀核的链式反应可人工控制，C对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D错．2．(核污染)(多选)日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应．但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害．则下列说法正确的是()A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制B．日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量的被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害C．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D．核泄漏中放射性物质对人类是有害的答案ABD解析控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项A正确；日本后来向反应堆灌注海水，大量的被污染的海水外泄，泄漏的放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项B、D正确；因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C错误．3．(对裂变方程的理解)在众多的裂变反应中，有一种反应方程为23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋a X，其中X为某种粒子，a为X的个数，则()A．X为中子，a＝2 B．X为中子，a＝3C．X为质子，a＝2 D．X为质子，a＝3答案 B解析根据核电荷数守恒可知，X的电荷数为0，X必为中子10n，由质量数守恒可知a＝3，选项B正确．4．(裂变释放核能的计算)裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核23592U为燃料的反应堆中，当23592U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为235U＋10n→13954Xe＋9438Sr＋310n92235．043 9 1.008 7138.917 893.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)，已知1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，此裂变反应释放出的能量约是________ MeV.答案180解析此裂变反应的质量亏损为：(235.043 9＋1.008 7) u－(138.917 8＋93.915 4＋3×1.008 7) u＝0.193 3 u，由于1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，ΔE＝931.5×0.193 3 MeV≈180 MeV.一、选择题考点一重核的裂变及裂变过程1．(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核()A．含有的总质子数比裂变前重核的质子数少B．含有的总中子数比裂变前重核的中子数少C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可能是多种形式的两个核的组合答案BD解析一个重核裂变时，在产生两个核的同时，也放出中子，所以新产生的两个核的总中子数比裂变前重核的要少，两个核的总质子数与裂变前重核的质子数相等，选项A错误，选项B正确；裂变时放出的能量主要是反应前后质量亏损而产生的能量，要远大于俘获中子时得到的能量，C项错误；重核裂变的产物是多种多样的，D项正确．2．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法中正确的是()A．这个实验的核反应方程是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋10nB．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D实验中产生的γ射线穿透能力极强答案 D解析根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr ＋310n，选项A错误；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C错误；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，选项D正确．3．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列核反应中，属于核裂变反应的是()A.105B＋10n→73Li＋42HeB.23892U→23490Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n答案 D4．在核反应式23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k X中()A．X是中子，k＝9 B．X是中子，k＝10C．X是质子，k＝9 D．X是质子，k＝10答案 B解析核反应方程应遵循电荷数守恒和质量数守恒，在题目所给核反应式中，设X的质子数为x，则核反应方程的左边总质子数为92＋0＝92，右边总质子数为38＋54＋x＝92，x＝0，X的质子数为0，所以X为中子，左边总质量数为235＋1＝236，右边总质量数为90＋136＋k×1＝236，k＝10，所以k的数值为10.5．一个23592U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为23592U＋10n→X＋9438Sr ＋210n，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答案 A解析X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误．考点二核电站6．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的主要组成部分是() A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统D．原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统答案 A解析核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水或普通水；③控制调节系统，用控制棒控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆的热量传输出去，用于发电，故A正确，B、C、D错误．7．(多选)为使链式反应平稳进行，可采用下列办法中的()A．铀块可制成任何体积B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C．通过慢化剂使产生的中子减速D．用镉棒作为控制棒，控制反应的剧烈程度，使反应平稳进行答案CD解析铀块小于临界体积将不会发生裂变反应，A错误；中子的速度不能太快，否则会与铀核“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，B错误；镉棒吸收中子，控制反应剧烈程度，使反应平稳进行，D正确；通过慢化剂使中子减速，目的是使中子更容易被铀核俘获，发生链式反应，C正确．考点三核裂变释放核能的计算8．(多选)铀核裂变反应中的一个核反应方程为：23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知23592U的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中()A．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2)uB．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)uC．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 JD ．释放的总能量为ΔE ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV答案 BD解析 计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用u 或kg 作单位，故A 错，B 对；质量单位为u 时，可直接用“1 u 的亏损放出能量931.5 MeV ”计算总能量，故D 对；当质量单位为kg 时，直接乘以(3×108)2，总能量单位才是J ，故C 错．9．(多选)核电站的核能来源于235 92U 核的裂变，下列说法中正确的是( )A ．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理B.235 92U 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如139 54Xe 和9538Sr ，反应方程式为235 92U＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋210nC.235 92U 原子核中有92个质子、143个中子D ．一个235 92U 核裂变的质量亏损为Δm ＝0.215 5 u ，则释放的核能约201 MeV答案 BCD解析 反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A 错误；发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，可判断B 正确；92为U 元素的质子数，中子数为：235－92＝143，故C 正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE ＝Δm ·c 2＝0.215 5×931.5 MeV ≈201 MeV ，故D 正确．10．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196 MeV 的能量，则1 g 纯235 92U 完全发生核反应时放出的能量为(N A 为阿伏加德罗常数)( )A ．N A ×196 MeVB ．235N A ×196 MeVC ．235×196 MeVD.N A 235×196 MeV 答案 D解析 由于1 mol 的铀核质量为235 g,1 g 铀235的摩尔数为1235，因此1 g 纯235 92U 完全发生核反应时释放的能量E ＝N A 235×196 MeV ，故D 正确． 二、非选择题11．(裂变释放核能的计算)现有的核电站常用的核反应之一是：235 92U ＋10n →143 60Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋ν(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀核的质量为235.043 9 u ，中子的质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核的质量为142.909 8 u ，锆(Zr)核的质量为89.904 7 u ，试计算1 kg 铀235裂变释放的能量为多少？(1 u ＝1.660 6×10－27 kg)答案 (1)40 90 (2)8.1×1013 J解析 (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90.核反应方程中用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235中铀核的个数为n ＝1235.043 9×1.660 6×10－27＝2.56×1024(个) 不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm ＝0.212 u ，释放的能量为ΔE ＝0.212×931.5 MeV ≈197.5 MeV则1 kg 铀235完全裂变释放的能量为E ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5 MeV ≈8.1×1013 J.12．(核裂变反应的综合应用)在可控核反应堆中需要使快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作慢化剂．中子在重水中可与21H 核碰撞减速，在石墨中与12 6C 核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？答案 用重水作减速剂减速效果更好解析 设中子质量为M n ，靶核质量为M ，由动量守恒定律得M n v 0＝M n v 1＋M v 212M n v 02＝12M n v 12＋12M v 22 解得v 1＝M n －M M n ＋Mv 0 在重水中靶核质量M H ＝2M n ，v 1H ＝M n －M H M n ＋M Hv 0＝－13v 0 在石墨中靶核质量M C ＝12M n ，v 1C ＝M n －M C M n ＋M Cv 0＝－1113v 0 与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．。