一重核裂变

6核裂变一、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235 92U＋10n→144 56Ba＋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DU＋10n→144 56Ba＋8936Kr 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：23592＋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.10 5B＋10n→73Li＋42HeB.238 92U→234 90Th＋42HeC.14 7N＋42He→17 8O＋11HD.235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n4．在核反应式235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋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235 92U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235 92U＋10n→X＋9438 Sr＋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：235 92U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n.已知235 92U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·c2＝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 MeV B．235N A×196 MeVC．235×196 MeV D.N A235×196 MeV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 A235×196 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：23592U＋10n→143 60Nd＋Zr＋310n＋80－1e＋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)4090(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＝nΔE＝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 v0＝M n v1＋M v212M n v02＝12M n v12＋12M v22解得v 1＝M n －M M n ＋M v 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．。

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。

核反应的裂变与聚变核反应是指原子核发生变化的过程，其中包括裂变和聚变两种形式。

裂变是指重核（如铀、钚等）被中子轰击后分裂成两个或多个较轻的核片段的过程，而聚变则是指两个轻核（如氘、氚等）融合成一个较重的核的过程。

本文将详细介绍核反应的裂变与聚变的原理、应用以及优缺点。

一、核裂变的原理与应用核裂变是指重核被中子轰击后分裂成两个或多个较轻的核片段的过程。

裂变反应的原理是通过中子的撞击使得重核不稳定，进而发生裂变。

裂变反应中释放出的能量巨大，可以用来产生热能、电能以及用于核武器等。

核裂变的应用主要体现在以下几个方面：1. 核能发电：核裂变反应可以产生大量的热能，用于发电。

核电站利用核裂变反应产生的热能，将水转化为蒸汽驱动涡轮发电机发电。

核能发电具有能源高效利用、环境友好等优点，是一种重要的清洁能源。

2. 核武器：核裂变反应可以释放出巨大的能量，因此被应用于核武器的制造。

核武器的威力巨大，可以对敌方造成毁灭性打击，是一种具有极高杀伤力的武器。

3. 放射性同位素的制备：核裂变反应可以产生大量的放射性同位素，这些同位素在医学、工业等领域有着广泛的应用。

例如，放射性同位素可以用于医学诊断、治疗以及工业材料的检测等。

二、核聚变的原理与应用核聚变是指两个轻核融合成一个较重的核的过程。

聚变反应的原理是通过高温和高压条件下，使得轻核克服库仑斥力，进而发生聚变。

聚变反应中释放出的能量更为巨大，是太阳和恒星等天体能量的来源。

核聚变的应用主要体现在以下几个方面：1. 清洁能源：核聚变反应是一种清洁能源，不产生二氧化碳等温室气体，对环境污染较小。

聚变反应可以产生大量的能量，可以用于发电，为人类提供可持续的能源。

2. 氢弹：氢弹是一种利用核聚变反应释放出的能量制造的武器。

氢弹的威力远远超过核裂变武器，是一种具有极高杀伤力的武器。

3. 等离子体研究：核聚变反应需要高温和高压条件，因此对等离子体的研究有着重要意义。

等离子体是一种高度离化的气体，广泛存在于自然界和实验室中，对于研究等离子体的性质和应用具有重要意义。

高三物理核裂变知识点归纳核裂变是指重核(如铀、钚等)被中子加速后变为两个或更多质量较小的核的过程。

核裂变是一种放能反应，其释放的能量可用于核能的利用。

下面将对高三物理核裂变的知识点进行全面归纳。

一、核裂变的基本原理核裂变是重核由中子轰击后发生的裂变反应。

当中子轰击重核时，重核吸收中子然后产生Β链崩裂，形成两个或更多的轻核，同时释放大量的能量和中子。

核裂变的基本方程式为：重核 + 中子→ 轻核 + 能量 + 中子。

在核裂变过程中，质量损失会转化为能量释放。

二、裂变反应堆裂变反应堆是利用核裂变反应产生大量能量的装置。

裂变反应堆中，通过控制自发裂变反应的速率和有效利用中子来维持连续的裂变链式反应。

核裂变反应堆主要包括以下几个部分：1. 燃料：主要使用铀-235或钚-239作为裂变反应的燃料材料，燃料裂变产生大量热能。

2. 导热剂：通常使用水或重水作为导热剂，将裂变产生的热能传递给工质。

3. 冷却剂：用于从反应堆中带走燃料产生的热能，保持反应堆的工作温度。

4. 反应堆堆芯：包括燃料棒、控制棒和冷却管等，其中燃料棒起到反应堆燃料的载体作用。

5. 控制系统：用于控制反应堆中裂变反应的速率，通常通过吸收中子来调节反应堆的输出功率。

6. 安全系统：用于监测反应堆的运行状态，保证反应堆安全。

三、核裂变释放的能量核裂变过程中释放的能量来自于质量的损失，根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，质量m的损失会转化为能量E。

核裂变释放的能量非常巨大，可用于发电和核武器等领域。

核裂变释放的能量大小与核反应堆运行情况相关，主要包括：1. 燃料使用率：燃料中的铀-235或钚-239的利用率越高，释放的能量越大。

2. 中子吸收截面：中子吸收截面越大，相同条件下裂变释放的能量越大。

3. 反应堆控制：通过控制反应堆中的裂变反应速率，可以调节释放的能量大小。

4. 燃料堆芯设计：合理的燃料堆芯设计可以提高裂变产生的能量和中子输出。

四、核裂变应用领域核裂变广泛应用于能源工业和国防事业，主要包括以下几个领域：1. 核电站：核裂变主要用于发电，核反应堆中的裂变反应释放的热能被利用转化为电能，为社会供电。

核裂变反应原理及应用领域核裂变是指重核（铀、钚等）在中子轰击下发生的一种放射性衰变过程。

它是一种引发连锁反应的核反应，具有巨大的能量释放。

核裂变反应原理的探索和应用是核能开发和利用的基础，它在能源、医学和科学研究等领域具有重要的应用价值。

一、核裂变反应原理：核裂变反应原理是指重核在中子轰击下发生裂变，产生两个中子和释放大量能量的过程。

核裂变反应的开始需要外部的中子源提供中子，而链式反应则是靠裂变释放的中子继续激发裂变反应。

核裂变反应的步骤如下：首先，一个中子被重核（如铀235）吸收，并且裂变为两个碎片核，释放出两到三个新中子和大量能量。

然后，这些新中子继续轰击其他的重核，使其发生裂变。

这样的连锁反应会在极短的时间内迅速扩大，释放大量的能量。

重核裂变产生的能量主要来自于质量差异，即裂变碎片核总质量与初始核质量的差值。

核裂变反应的原理通过调整中子的能量和速度，选择合适的反应物质，可以实现连锁反应的控制。

核裂变反应能够实现自持维持的连锁反应过程，以及可控的温度和能量释放。

二、核裂变反应的应用领域：1. 核能发电：核裂变反应作为一种可再生、清洁和高能量密度的能源来源，在能源领域具有广泛的应用。

核能发电已经成为全球能源供应的重要组成部分之一，它具有可持续性和低碳排放的特点，可以减轻对化石燃料的依赖。

2. 核武器：核裂变反应的巨大能量释放也使其被应用于军事领域，发展核武器。

核武器技术的研发和应用对国家的安全战略和国际格局具有关键性的影响。

3. 放射治疗：核裂变反应释放的大量γ射线和子宫射线在医学领域具有广泛应用。

例如，放射治疗可以用于治疗癌症，通过破坏癌细胞的DNA结构来抑制其生长和扩散。

4. 同位素标记：核裂变反应可以产生一系列放射性同位素，这些同位素可以用于医学诊断和科学研究中的同位素标记技术。

通过标记不同分子的同位素，可以追踪物质在生物体内的转运和代谢过程。

5. 物质分析：核裂变反应也可以通过放射性同位素的衰变特性来实现物质的分析。

重核裂变方程
重核裂变方程是一种核反应，通过将重核原子撞击分裂成两个中等大小的核子来释放能量。

这个过程涉及到原子核的裂变和能量的释放。

重核裂变方程的基本形式可以表示为：
重核 + 中子→ 裂变产物1 + 裂变产物2 + 几个中子 + 能量
在这个方程中，重核是指具有较大原子质量的核子，例如铀、镎或钚。

中子是没有电荷的粒子，可以与重核相互作用。

裂变产物1和裂变产物2是由裂变过程产生的两个碎片核，它们的质量通常相对较小。

几个中子是在裂变过程中释放的额外中子，这些中子可以继续与其他重核发生反应。

能量是在裂变过程中释放的，可以用来产生热能或电能。

重核裂变方程是一种重要的核反应，它在核能产生和核武器开发方面起着重要作用。

通过控制中子的数量和能量，可以调节裂变过程中释放的能量。

这使得核能可以用来产生电能，并且具有较高的能量密度和效率。

然而，裂变过程也存在一些问题，例如核废料的处理和核反应的安全性。

重核裂变方程是一种重要的核反应，通过裂变重核原子来释放能量。

它在能源产生和核武器开发方面具有重要作用。

这个方程的理解和研究对于核能技术的发展和应用至关重要。

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．。

核裂变的原理
核裂变是一种将重核分裂为两个或更多轻核的过程。

这一过程常常发生在核反应堆中或核武器爆炸中。

核裂变的原理涉及到核物理学中的一些基本原理。

首先，一个重核通常是一个非常不稳定的系统，因为它所包含的质子和中子相互吸引力的强大力量与它们之间的斥力之间产生了一种微妙的平衡。

当一个重核吸收一个中子时，它的质子和中子的数量会增加，导致这种平衡被打破。

这会导致核内部的力量不平衡，使得重核处于不稳定的状态。

接下来，重核的不稳定性会导致它自行裂变为两个或更多的轻核。

在裂变过程中，重核会释放出大量的能量，这是因为裂变产物的总质量较裂变前的重核质量要小，而根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，质量的减少会转化为能量的释放。

此外，重核的裂变通常伴随着中子的释放。

这些自由中子可以引发进一步的核裂变反应，从而形成一个连锁反应。

如果这一连锁反应快速发展并失去控制，则可能导致核反应堆的熔毁或核武器的爆炸。

综上所述，核裂变的原理包括重核的不稳定性导致自行裂变、能量的释放以及自由中子的引发进一步的裂变反应。

这一过程在核物理学中具有重要的应用和意义。