4.5裂变和聚变

物理学中的核裂变与核聚变反应核裂变和核聚变反应是物理学中两个重要的概念，它们在能源产生、核武器及核能应用等方面都具有重要的作用。

本文将从原理、应用和未来发展等角度探讨核裂变和核聚变反应。

一、核裂变反应核裂变反应是指将重核（如铀、钚等）用中子轰击后，使其核发生裂变并产生大量能量的现象。

在核裂变反应中，原子核会分裂成两个较轻的核，并释放出中子和大量的能量。

这种反应在核弹及核能应用中被广泛使用。

核裂变反应的实现需要一个起始中子的轰击，使得原子核不稳定并发生裂变。

裂变产生的大量能量可以用于发电或者被用于武器。

尤其是核武器，其威力巨大，因为在核裂变中，一个原子核的分裂将引发其他原子核的连锁反应。

然而，核裂变也具有一定的缺点，如产生放射性废料和致癌物质等，对环境和人类健康造成潜在威胁。

二、核聚变反应核聚变反应是指将两个轻核（如氘和氚）融合成一个更重的核，并释放出大量的能量。

核聚变反应是太阳及恒星能量产生的基本机制，也是可控核聚变研究的重要方向之一。

核聚变反应需要高温和高压的条件，使得轻核克服库仑斥力，接近到可以引发核聚变反应的距离。

在核聚变反应中，氢原子核会融合成氦原子核，并释放出大量的能量。

核聚变反应具有很多优点，如资源丰富、产生的废料少、不会产生辐射等。

然而，目前实现可控核聚变仍然面临很多挑战，如如何保持高温和高压的条件、如何控制核聚变反应的连续性等。

三、应用和未来发展核裂变和核聚变反应在能源产生、医学和农业等方面有着广泛的应用。

核裂变反应可以用于发电，目前全球有很多核电站正在使用核裂变反应产生电力。

然而，核裂变反应产生的放射性废料对环境和人类健康造成潜在威胁，因此如何正确处理和处置核废料是一个迫切的问题。

核聚变反应的应用在于解决能源危机和环境问题。

相比核裂变反应，核聚变反应使用的燃料多为氢同位素，其资源更为丰富。

如果可控核聚变能够真正实现，将会成为一种清洁、高效的能源解决方案。

目前，国际上多个机构正在开展可控核聚变的研究和实验，如国际热核聚变实验堆（ITER）项目等。

《核裂变与核聚变》讲义一、引言在现代科学的领域中，核裂变与核聚变是两个极其重要的概念。

它们不仅在能源领域有着重要的应用，也在物理学、化学等多个学科中占据着关键的地位。

接下来，让我们深入了解这两个神奇的核反应过程。

二、核裂变核裂变，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。

这个过程的发生通常是由于外来粒子（如中子）撞击重原子核，使其变得不稳定，从而发生分裂。

以铀-235 为例，当一个中子撞击铀-235 原子核时，铀-235 会分裂成两个较小的原子核，同时释放出两到三个新的中子，并伴随着巨大的能量。

核裂变所释放的能量是相当惊人的。

在核电站中，就是利用核裂变产生的能量来发电。

核裂变的优点在于其反应过程相对容易控制，能够实现稳定的能量输出。

然而，它也存在一些不足之处。

首先，核裂变所使用的燃料（如铀、钚等）在地球上的储量有限。

其次，核裂变产生的核废料具有放射性，需要妥善处理和存放，否则会对环境和人类健康造成严重威胁。

三、核聚变核聚变则是与核裂变相反的过程，它是指两个或多个轻原子核结合成一个较重的原子核，并释放出巨大能量的过程。

最常见的核聚变反应是氢的同位素（氘和氚）聚变成氦。

核聚变的发生需要极高的温度和压力条件。

在太阳内部，由于其中心温度高达1500 万摄氏度，压力也极大，氢原子能够不断发生核聚变，从而为太阳提供持续的能量。

在地球上实现可控核聚变是一项极具挑战性的任务。

但一旦成功，核聚变将为人类带来几乎无限的清洁能源。

核聚变的优点非常显著。

首先，核聚变所使用的燃料（氘和氚）在地球上的储量丰富，几乎取之不尽。

其次，核聚变产生的放射性废物相对较少，对环境的影响较小。

然而，目前实现可控核聚变还面临着诸多技术难题。

例如，如何长时间维持高温高压的反应条件，如何有效地控制等离子体等。

四、核裂变与核聚变的比较从能量释放的角度来看，核聚变释放的能量通常比核裂变要大得多。

在燃料的可持续性方面，核聚变具有明显优势，其燃料来源丰富，而核裂变的燃料则相对有限。

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。

第4节 核裂变和核聚变一、教学目标1、知道重核裂变、核聚变的概念。

2、知道什么是链式反应。

3、了解聚变反应的特点及其条件，了解可控热核反应及其研究和发展.4、会计算核反应中释放的能量。

二、教学重难点1、核反应方程式的书写2、释放核能的计算。

三、教学过程（一）重核裂变1、重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。

2、核裂变是释放核能的方法之一。

3、铀核的裂变（1）铀核的裂变的一种典型反应。

最典型的一种核反应方程式是2351141921920563603U n Ba Kr n +→++(2)释放的核能的计算Δm=（235.043u+1.0087u)(1409139u+91.8973u+3.0261u)=0.2153uΔE=0.2153u ×931.5Mev=200.55Mev(3)铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。

（二）链式反应1、这种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。

（见示意图523）2、临界体积（临界质量）：通常把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，相应的质量叫做临界质量。

（三）轻核聚变1、轻核聚变成较重核，引起结合能变化的方式获得核能，这样的核反应称为核聚变。

2、氢核聚变：21H+31H→42He+10n3、能量计算：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍。

4、氚的获得：（四）可控热核聚变1、（1）聚变与裂变相比，轻核聚变产能效率高。

（2）聚变与裂变相比，地球上聚变燃料的储量丰富。

（3）聚变与裂变相比，轻核聚变反应更为安全、清洁。

2、发生条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的间距达到核力作用的范围。

要使它们达到这种程度，必须克服原子核间巨大的库仑斥力，这就得让核子获得足够大的动能。

以氘核发生聚变为例，必须在大约108 K高温下，使氘核获得至少70 keV的动能才能达到核力作用的范围而发生核聚变。

第五节裂变核聚变【学习目标】1．了解重核的裂变反应核链式反应2．了解轻核的聚变反应3．了解受控热核反应的发展前景【学习内容】20世纪30年代，物理学家做出了一个改变人类历史的科学发现。

一、重核的裂变1938年，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验中发现，生成物中有56号元素钡。

奥地利物理学家弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定名为原子核的裂变。

一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，此核反应方程式为：____________________________裂变时产生了3个中子，如果这些中子继续与其他铀235核发生反应，再引起新的裂变，就能使核裂变反应不断地进行下去。

这种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___________反应。

铀块的体积是链式反应能否进行的重要因素。

原子核的体积非常小，原子内部的空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过时，就有可能碰不到铀核跑到铀块外面去，链式反应不能继续。

只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中铀核，使链式反应进行下去。

能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做______体积。

如果铀235的体积超过了它的临界体积，只要有中子进入，会立即引起铀核的链式反应，在极短的时间内放出大量的核能，发生猛烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。

一般来说，平均每个核子放出的能量约为1MeV。

如果1kg铀全部裂变，它放出的能量相当于2500t优质煤完全燃烧时释放的化学能。

二、轻核的聚变两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变，聚变会释放能量。

例如，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时（同时释放一个中子），释放17.6MeV的能量。

这时的核反应方程是：______________________________要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15m以内，核力才能起作用。

由于原子核都带正电，要使它们接近必须克服强大的库仑斥力。

核聚变与核裂变一、核聚变与核裂变的定义核聚变是指两个或两个以上的原子核在高能条件下融合成一个更重的原子核的过程。

而核裂变则是指一个重原子核被撞击或吸收中子后分裂成两个或两个以上更轻的原子核的过程。

二、核聚变与核裂变的区别1. 能量释放方式不同在核聚变中，当两个轻元素融合成一个较重元素时，会释放出大量能量。

这种能量主要以光和热的形式释放出来。

而在核裂变中，当一个重元素分裂成两个或多个轻元素时，同样会释放出大量能量，但这种能量主要以中子和伽马射线等粒子形式释放出来。

2. 能源来源不同在自然界中，大部分物质都是由氢、氦和少量其他元素组成的。

而在地球上，氢和氦相对较为丰富。

因此，在实现可持续发展方面，通过利用氢等轻元素进行聚变反应来产生能源是一种非常有前途的方法。

而在核裂变中，则是利用铀等重元素进行反应来产生能源。

3. 原料利用率不同在核聚变中，可以利用氢等轻元素进行反应，而这些元素在自然界中相对较为丰富，因此原料的利用率相对较高。

而在核裂变中，则需要使用铀等重元素进行反应，这些元素在自然界中相对较为稀少，因此原料的利用率相对较低。

三、核聚变与核裂变的应用1. 核聚变的应用目前，人类还没有完全掌握可控核聚变技术。

但是，如果能够实现可控核聚变技术，那么将会带来非常大的经济和环境效益。

因为通过控制氢等轻元素的聚变反应来产生能源时，不会产生任何有害物质和放射性废料。

同时，氢等轻元素也是非常丰富的资源，在可持续发展方面具有非常大的潜力。

2. 核裂变的应用目前，核裂变技术已经得到了广泛应用。

主要包括以下几个方面：（1）能源生产：核电站是目前最主要的利用核裂变产生能源的方式之一。

通过将铀等重元素进行反应，产生大量的热能，然后通过蒸汽轮机转化为电能。

（2）医学：核裂变技术在医学方面也得到了广泛应用。

例如，放射性同位素可以用于癌症治疗、诊断等方面。

（3）农业：核裂变技术还可以用于农业方面。

例如，通过辐射杀菌可以延长食品的保质期。

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。

核裂变和核聚变反应原理及区别分析核裂变和核聚变是两种释放核能的反应过程，它们对于能源的产生和利用具有重要意义。

本文将深入探讨核裂变和核聚变的原理，并分析它们在物理特性、反应条件和应用领域上的区别。

一、核裂变的原理及特点核裂变是指重核（例如铀和钚）在受到中子轰击时发生的裂变反应。

在核裂变反应中，重核原子核被中子撞击后裂变成两个中等质量的子核，并放出大量的能量。

核裂变过程中产生的子核还会释放中子，这些中子可以继续引发其他核裂变反应，形成连锁反应，从而释放出更多的能量。

核裂变反应具有以下特点：1. 能量释放巨大：核裂变反应释放的能量非常巨大，这是由于质量的转化原理（E = mc^2）所决定的。

核裂变过程中，微小质量的核子转化为巨大能量，使得核反应释放的能量比化学反应大几百万倍，广泛应用于核电和核武器。

2. 铀-235是最常用的裂变燃料：铀-235是裂变反应最常用的燃料，它的裂变需要的中子能量较低。

当中子能量较高时，核裂变反应会变得不稳定，反应链会受到控制的困难。

3. 放射性废物的处理困难：核裂变反应产生的放射性废物对环境和人类健康构成风险。

处理和储存核废料是一个重大挑战，需要采取严格的防护措施。

二、核聚变的原理及特点核聚变是指轻核（例如氢和氦）在高温高压条件下发生的融合反应。

在核聚变反应中，两个轻核聚变为一个更重的核，并释放出巨大的能量。

在恒星内部，核聚变反应是维持恒星长时间发光和持续产生能量的基本原理。

核聚变反应具有以下特点：1. 温度和压力要求极高：在自然条件下，轻核之间的斥力相当强大，只有在高温约数百万度和高压的条件下才能进行核聚变反应。

这种条件一般只存在于恒星内部或者由超大型装置人工创造。

2. 氘-氚反应链是最常见的核聚变反应：氘-氚反应链是实现核聚变反应最常见的方式。

氘和氚是重氢同位素，其聚变反应需要高温和高压。

然而，氘-氚反应链仍然面临燃料的获取和控制反应的难题。

3. 清洁能源的希望：与核裂变不同，核聚变反应产生的废物少，不会产生放射性废料。