第四章核能材料.解析

核爆炸的和平利用强烈的核爆炸被超级大国作为进行核讹诈政策服务，因而“核爆炸”一词听起来似乎令人生畏。

但是，核爆炸也完全可以为和平建设服务。

原子爆炸可以使大规模的治山治水的工程得以加速进行，据计算，一公斤核燃料爆炸，就可以搬走相当于二十五万人工一天劳动开挖的土方。

美国早在多年以前就计划过“犁头”规划，准备爆炸几颗核弹头来改造自然。

核爆炸形成的巨大土方，可以形成很大堆积，几分钟时间能在一条大的河流上形成一个土方大坝来改变河流方向。

譬如说，在我国西北地区有不少浩瀚无边的大沙漠，就因终年缺水成为不毛之地，如新疆塔里木盆地，有图9-8 核爆炸的和平利用一块面积接近江、浙两省面积的大沙漠，叫塔克拉玛干大沙漠，一条很大的塔里木河就绕着它白白流去。

如果能用核爆炸在塔里木河中段筑起大坝，迫使河流改道流入大沙漠中部。

同时再纵横交错开出二条大运河，把塔里木盆地北部的塔里木河，与南部的克里雅河相沟通，那么赤地千里的沙漠将变成无垠的绿洲。

我们还可以按自己的意志，在需要蓄水的地区，用核爆炸开挖出一系列直径从几百公尺到几千公尺大小不等的人工湖泊，把祖国的西北大地点缀起来。

这样，西北地区的气候将发生很大变化，也许会变得温暖宜人，风调雨顺，遍地郁郁葱葱。

正如毛主席在一九三五年长征路过昆仑山时写下的《念奴娇·昆仑》那样：“而今我谓昆仑：不要这高，不要这多雪。

安得倚天抽宝剑，把汝裁为三截？一截遗欧，一截赠美，一截还东国。

太平世界，环球同此凉热”。

我国的西南有世界上最高的青藏高原，横亘着连绵不断的高山峻岭，将来也可以考虑用核爆炸在沉睡千年的深山里，炸开一个个通道，更紧密地把西藏和祖国东部地区联系在一起。

核爆炸更可以应用在石油的开采和大型铁矿、煤矿露天开采的剥离土方工作上。

有些油田地质比较特殊，岩层过于紧密，含油层处于较深的地层下，开采比较困难，如果采用适当的地下核爆炸，压碎岩层结构，增加岩层的空隙度，就可以使深部高压的含油层、含气层，逐步通过岩层缝隙跑到上部，这样只要钻探一些浅井即可采油。

第3节 核聚变思维激活太阳会“死亡”吗?提示：太阳是一颗黄矮星，黄矮星的寿命大致为100亿年,目前太阳大约50亿岁.随着太阳的衰老，其光度会稳定增加.在未来大约50亿年之内，太阳内部的氢元素几乎会全部消耗,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升，这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。

由于氦燃烧产生的能量比氢燃烧产生的能量多，因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中.当转向新燃料的过程结束时，太阳的质量将会稍微下降,外层将延伸到地球或者火星目前运行的轨道处（这是由于太阳质量的下降，这两颗行星将会离太阳更远)。

由于太阳能量的增长与半径的增长不相称，太阳表面的温度将比现在低，从而变成一颗红巨星。

这颗红巨星再经过几十亿年后，氦燃料也将消耗完毕.像第一次消耗完氢燃料一样,太阳的内核又会收缩，内部温度上升.对于很大的恒星来说，这一次坍缩会导致碳元素的聚变。

然而，由于太阳的质量不足以产生碳聚变,这样它将变成一颗白矮星.随着内部温度和光度的降低，最终变成一颗不发光的黑矮星。

自主整理 1。

轻核聚变由轻核结合成质量较大的核叫__________. 例子：H 12+H 31→He 42+n 10+17。

6 MeV ，平均每个核子释放3.52 MeVH 31+H11→He 42+19。

2 MeV ，平均每个核子释放4.8 MeV平均每个核子在聚变放出的能量大约是裂变放出能量的__________.2.可控热核聚变反应(1）产生轻核聚变的条件要使轻核发生聚变,必须使原子核距离在___________的范围内，产生轻核聚变的条件是___________.必须使轻核具有很大的动能，才能使它们接近到10—15 m发生聚变。

因此聚变又叫___________。

太阳内部和许多恒星内部都在激烈地进行热核反应，辐射出大量的能量.(2)热核反应和裂变反应相比，具有许多优越性.热核反应释放能量比裂变反应________;热核反应产生放射性物质处理起来比裂变反应产生放射性物质________；热核反应用的氘,储量丰富;轻核聚变更安全，实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了.(3）受控热核反应：对反应采用________和________.我国自行研制可控热核反应装置“________”于1984年9月启动.具有国际先进水平的可控热核反应实验装置“________”于1994年安装成功，标志我国在研究可控热核反应方面具有一定的实力.可控热核反应将为人类提供更为巨大的能源.高手笔记1.使核发生聚变反应，必须使它们接近到10-15 m.由于原子核带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间的很大的斥力作用，这就要使核具有很大的动能才行。

第4章核能一、选择题(本大题共7个小题，每小题6分．每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)1．关于核力，下列说法中正确的是()①原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用②按性质分核力属万有引力③核力对核子做正功，原子核要释放核能④原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用A．①③B．②④C．①②D．③④【解析】核力是强相互作用，故②错．核力只在2.0 ×10－15 m短距离起作用，所以①对④错．核力结合成原子核时，核力对核子做正功，放出一定的能量，③对，选A.【答案】 A2．热核反应是一种理想能源的原因是()A．就每一个核子平均来说，比重核裂变时释放的能量多B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理C．热核反应的原料在地球上储量丰富D．热核反应的速度容易控制【解析】聚变反应平均每个核子比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰富，其放射性污染也较裂变轻．但是，目前只是能够让轻核聚变发生，还不能控制聚变反应的速度、和平利用聚变时释放的核能．故正确选项为A、B、C.【答案】ABC3．目前核电站利用的核反应是()A．裂变，核燃料为铀B．聚变，核燃料为铀C．裂变，核燃料为氘D．聚变，核燃料为氘【解析】目前核电站是利用重核23592U裂变释放核能来发电．核反应方程为23592 U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n，故选A项．【答案】 A4．(2010·广东高考)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )A.238 92U →234 90Th ＋42He 是α衰变B.14 7N ＋42He →17 8O ＋11H 是β衰变C.21H ＋31H →42He ＋10n 是轻核聚变D.8234Se →8236Kr ＋2 0－1e 是重核裂变【解析】 据核反应各类型特点可知：A 、D 项均为衰变，A 中放出α粒子，A 正确，D 错误．B 项为人工转变，B 错误，C 项为轻核聚变．C 正确．【答案】 AC5．(2013·龙岩检测)某原子核A Z X 吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子．由此可知( )A ．A ＝7，Z ＝3B ．A ＝7，Z ＝4C ．A ＝8，Z ＝3D ．A ＝8，Z ＝4【解析】 核反应方程为A Z X ＋10n →0－1e ＋242He ，根据核反应遵循质量数和电荷数守恒，可知A ＝7，Z ＝3，故A 项正确．【答案】 A6．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应方程为γ＋D ＝p ＋n.若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )A.12[(m D －m p －m n )c 2－E ]B.12[(m p ＋n n －m D )c 2＋E ]C.12[(m D －m p －m n )c 2＋E ]D.12[(m p ＋m n －m D )c 2－E ]【解析】 根据能的转化与守恒定律可知E ＋Δmc 2＝2E k ，得E k ＝12(E ＋Δmc 2)＝12[(m D －m n －m p )c 2＋E ]，故C 正确．【答案】 C7．关于原子核的结合能，下列说法正确的是()A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(13355Cs)的结合能小于铅原子核(20882Pb)的结合能D．比结合能越大，原子核越不稳定【解析】原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，选项A正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，选项C正确．比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能，选项E错误．【答案】ABC二、非选择题(本大题共5小题，共58分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)8．(8分)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克常量h，真空中的光速为c，则γ射线的频率为________．【解析】反应前后的质量亏损为m1＋m2－m3，释放的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，射线的能量为hν＝(m1＋m2－m3)c2，所以射线的频率就是ν＝(m1＋m2－m3)c2/h.【答案】(m1＋m2－m3)c2/h9．(10分)(2013·杨陵模拟)1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt，制取过程如下：(1)用质子轰击铍94Be产生快中子，核反应方程：______________________________；(2)用快中子轰击汞20480 Hg，反应过程可能有两种：Pt，放出氦原子核，核反应方程：__________________________；①生成20278②生成20278 Pt ，放出质子、中子，核反应方程：___________________________； (3)生成的铂20278 Pt 发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞20280 Hg ，核反应方程：____，________________________________________________________________________.【答案】 (1)94Be ＋11H ―→95B ＋10n(2)①20480 Hg ＋10n ―→20278 Pt ＋32He ；②20480 Hg ＋10n ―→20278 Pt ＋211H ＋10n(3)202 78Pt ―→20278 Au ＋0-1 e ；20279 Au ―→20280 Hg ＋0-1 e10．(2013·山东高考)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋________→84Be ＋γ.(2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为 2.6×10－16s.一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 后所剩84Be 占开始时的________．【解析】 (1)根据电荷数的守恒和质量数守恒有：42He ＋42He →84Be ＋γ(2)根据半衰期的意义有m ＝m 02t Tt ＝7.8×10－16 s ，T ＝2.6×10－16 s得m m 0＝18 【答案】 (1)42He(或α) (2)18(或12.5%)11．(14分)已知235 92U(质量为235.043 9 u)裂变后生成141 56Ba(质量为140.9139 u)和9236Kr(质量为91.897 3 u)同时放出3个中子(每个中子质量为1.008 7 u)．(1)写出核反应方程；(2)求1 kg 铀全部裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量？(1 kg 优质煤完全燃烧时能产生3.36×107 J 的热量)【解析】 (1)235 92U ＋10n ―→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n.(2)质量亏损为：Δm ＝(m U ＋m n )－(m Ba ＋m Kr ＋3m n )＝(235.043 9＋1.008 7)u－(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7) u＝0.215 3 u. 释放的核能为：ΔE0＝Δmc2＝0.215 3×931.56 MeV≈201 MeV，已知235 g铀有6.02×1023个铀核，那么1 kg铀内大约有10.235×6.02×1023＝2.56×1024个铀核，由此可知 1 kg铀全部裂变放出能量为ΔE＝2.56×1024×201 MeV＝5.14×1026 MeV＝5.14×1032 eV＝8.2×1013 J，则相当于优质煤的质量为：M＝8.2×10133.36×107kg＝2.44×106 kg.【答案】(1)23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n(2)2.44×106 kg12．(14分)太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由正、负电子和11H、42He 等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是411H→42He ＋20－1e＋E(释放的核能)，这些核能最后转化为辐射能．根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的11H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简化，假定目前太阳全部由11H核组成，太阳质量M＝2×1030 kg，日地中心距离r＝1.5×1011 m.(1)已知质子质量m p＝1.672 6×10－27 kg，He质量mα＝6.645 8×10－27 kg，电子质量m e＝0.9×10－30 kg，光速c＝3×108 m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能．(2)已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W＝1.35×103W/m2.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命(估算结果只要一位有效数字)．【解析】(1)根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为ΔE＝(4m p－2m e－m a)c2≈4×10－12 J.(2)根据题给假定，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为N＝M4m p×10%.因此，太阳总共辐射的能量为E＝NΔE.设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能力为ε＝4πr2W，所以太阳继续保持在主序星的时间为t＝E ε.由以上各式解得t＝0.1MΔE4m p·4πr2W，以题给数据代入，并以年为单位，可得t≈1×1010年＝1百亿年．【答案】见解析.。

第四章核能材料范文核能材料是在核能技术应用中使用的材料，包括核燃料和结构材料。

核燃料是用来产生核能的物质，结构材料则用于构建核反应堆的容器和其他核设施的组件。

核能材料的研究与开发对核能领域的安全性、可靠性和效率至关重要。

核燃料是核反应堆中产生核能的关键元素。

最常见的核燃料是铀-235和钚-239，它们在核裂变过程中产生能量。

为了确保核能的可持续使用，研究人员一直在探索新的核燃料材料，如钚-241和镎-237等。

这些新材料具有更高的裂变截面和更长的半衰期，可以提高核能的利用效率和减少核废料的产生。

核燃料不仅要具有足够的核裂变截面和热导率，还要具备良好的化学稳定性和机械强度，以承受高温和高辐照条件下的应力。

为了提高核燃料的效果，科学家们还研发了包括陶瓷燃料、碳化物燃料和金属燃料等不同类型的材料。

这些新型核燃料材料不仅可以提高燃料的利用率和热导率，还可以减缓核辐照引起的材料老化和失效。

与核燃料不同，核能设施的结构材料主要承载着核能的高温和辐照环境下的应力。

这些材料需要具备较高的抗辐射性、高温强度和良好的耐腐蚀性能。

目前，常用的结构材料有不锈钢、镍基合金和钛合金等。

为了应对更高的工作温度和辐照条件，科学家们一直在寻找新的结构材料。

近年来，铿锆合金、陶瓷复合材料和碳纳米管等新型材料在核能领域得到了广泛的关注。

同时，核能材料还需要具备一定的退役特性。

随着核能设施的运行寿命的结束，材料需要能够容纳核裂变产物和其他辐射物质，以减少辐射给环境和人类带来的危害。

因此，退役材料需要具备良好的放射性和化学稳定性，以保证长期储存在地下设施中的安全性。

总的来说，核能材料的研究和开发对核能的可持续发展至关重要。

随着科技的进步，我们可以期待看到更高效、更安全的核燃料和结构材料的出现，从而推动核能领域的发展。

同时，我们也需要密切关注核能材料的安全性和环境影响，并采取措施来减少核能技术对环境和人类健康的影响，以确保核能的可持续利用。

鲁科版选修(3-5)高二物理第四章课件：核能
导读：本文鲁科版选修(3-5)高二物理第四章课件：核能，仅供参考，如果觉得很不错，欢迎点评和分享。

鲁科版选修(3-5)第四章《核能》ppt 核力（nuclear force)
强力（强相互作用）
短程力，作用范围在2fm左右
核力与核电荷无关
核子不能无限靠近，在某些情况下表现为斥力。

大体上说核子间的距离在0.8~1.5fm 之间表现为引力；小于0.8fm表现为斥力，大于4~5fm时核力急剧下降，几乎消失；大于10fm时，核力消失。

核素（nuclide）：具有一定核电荷数和质量数，并且具有同一能态的一种原子核或原子，称为一种核素。

通常核素可简记为AX （如13C）
原子序数越大，稳定核素的中子数越来越大于质子数
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