新教材高中物理選擇性學案第5章第4節(jié)核裂變和核聚變第5節(jié)核能的利用與環(huán)境保護

第4節(jié)核裂變和核聚變第5節(jié)核能的利用與環(huán)境保護學習目標：1.[物理觀念]知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量．2.[物理觀念]知道什么是鏈式反應．3.[科學思維]會計算重核裂變過程中釋放出的能量．4.[物理觀念]知道什么是核反應堆，了解常用裂變反應堆的類型．5.[科學思維]知道聚變反應的特點及其條件，并能計算核聚變釋放的能量．6.[科學態(tài)度與責任]了解可控熱核反應及其研究和發(fā)展前景．7.[科學態(tài)度與責任]了解核電站的構造和基本原理，了解核武器的種類．8.[科學態(tài)度與責任]了解核能利用的優(yōu)勢、危害及其防護措施．一、重核裂變1．重核的裂變(1)核裂變：用中子轟擊鈾核，鈾核分裂成質(zhì)量相近的兩部分，并釋放出能量的核反應過程叫作核裂變．(2)裂變能：核裂變釋放出的能量稱為裂變能，也稱核能或原子能．核裂變是釋放核能的方法之一．(3)鈾核裂變的產(chǎn)物多種多樣，其中有代表性的有：eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(95,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋2eq\o\al(1,0)neq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n．2．鏈式反應(1)定義：在eq\o\al(235,92)U核裂變釋放出巨大能量的同時，平均每次可以放出2～3個中子，這些中子稱為第1代中子，如果其中至少有一個繼續(xù)轟擊eq\o\al(235,92)U，使之發(fā)生裂變，就能產(chǎn)生第2代中子，這樣不斷繼續(xù)下去，中子會不斷增加，裂變反應就會不斷加強，就形成了裂變的鏈式反應．能夠發(fā)生鏈式反應的鈾塊的最小體積叫作臨界體積．(2)條件：發(fā)生鏈式反應必須具備兩個條件：a．鈾核的體積達到臨界體積；b．必須存在持續(xù)不斷的中子源．二、裂變反應堆1．核反應堆：能維持和控制鏈式反應速度的裝置．2．核反應堆的構成：堆芯、中子反射層、控制系統(tǒng)和防護層等部分．(1)堆芯：由燃料棒、減速劑和冷卻劑組成．(2)中子反射層：反射核裂變中產(chǎn)生的中子，使其進一步參加鏈式反應．(3)控制棒：用能吸收慢中子的鎘或硼鋼制成，以控制鏈式反應的速度．三、輕核聚變與可控熱核聚變反應1．輕核聚變采用輕核聚變成較重核引起結(jié)合能變化的方式可獲得核能，這樣的核反應稱為輕核聚變．2．太陽內(nèi)部核聚變的反應方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n．3．核子聚變的條件要使核子發(fā)生聚變，必須使核子接近核力能發(fā)生作用的范圍．4．物質(zhì)第四態(tài)——等離子態(tài)在高溫下，原子已完全電離，形成了物質(zhì)第四態(tài)——等離子態(tài)．高溫等離子體的密度及高溫維持時間達到一定值時才能實現(xiàn)聚變．5．約束等離子體的三種方式引力約束、磁約束、慣性約束．四、核能的利用及環(huán)境保護1．核電站：將核反應堆釋放的核能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電廠．工作流程：將反應堆釋放的核能轉(zhuǎn)化為蒸汽的內(nèi)能，再利用蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能．燃料：反應堆以eq\o\al(235,92)U為燃料．2．核武器：原子彈和氫彈是眾所周知的兩種核武器．3．核能的優(yōu)勢(1)核能發(fā)電比燃煤發(fā)電的成本低．(2)核電站對環(huán)境的污染比燃煤發(fā)電小得多．4．核能利用存在的危害(1)核廢料的高輻射性．(2)放射性物質(zhì)泄漏，產(chǎn)生核污染．(3)核武器威力巨大，不僅能摧毀生命，而且會使生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)原子核釋放粒子的過程也是核裂變的過程． (×)(2)用中子轟擊重核使之分裂實現(xiàn)核裂變． (√)(3)利用不可控的快中子轟擊超過臨界體積的鈾塊產(chǎn)生鏈式反應制成原子彈． (√)(4)太陽自身強大的引力把高溫等離子體約束在一起，維持了其內(nèi)部的熱核反應的進行． (√)(5)磁壓縮裝置中的環(huán)形線圈通電后可以產(chǎn)生磁場，將等離子體約束在環(huán)形真空室內(nèi)． (√)2．(多選)關于原子核反應堆，下面哪種說法是正確的()A．鎘棒是核燃料，裂變時釋放核能B．鎘棒的作用是控制反應堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出熱量BD[核燃料即為用濃縮鈾制成的鈾棒，鈾棒裂變時釋放核能；鎘棒具有很強的吸收慢中子的能力，通過控制鎘棒插入的深度來控制鏈式反應的速度，即可控制反應堆的功率；石墨的作用是使裂變產(chǎn)生的快中子減速成為慢中子；冷卻劑的作用是控制反應堆的溫度和輸出熱量．則B、D正確，A、C錯誤．]3．(多選)以下說法正確的是()A．聚變是裂變的逆反應B．如果裂變釋放能量，則聚變反應必定吸收能量C．聚變須將反應物加熱至數(shù)百萬度以上高溫，所以聚變反應又叫熱核反應D．裂變反應速度可以實現(xiàn)人工控制，但卻不容易控制輕核聚變反應速度CD[聚變是輕核聚合成次輕核，裂變是重核分裂成中等質(zhì)量的核，二者無直接關系，故A錯誤；聚變和裂變在能量流向上也無直接關系，故B錯誤；核聚變反應是熱核反應，需數(shù)百萬度的高溫，但聚變反應一旦開始所釋放的能量就遠大于所吸收的能量，因此聚變反應還是釋放能量的，故C正確；現(xiàn)在已經(jīng)能實現(xiàn)裂變反應速度的人工控制，但除氫彈外，還不能實現(xiàn)輕核聚變的人工控制，故D正確．]鈾核裂變及鏈式反應(1)鈾核裂變是如何發(fā)生的？(2)鈾核裂變在自然界中能自發(fā)進行嗎？提示：(1)①核子受激發(fā)：當中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復核，復核中由于核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀．②核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時放出中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變反應一代接一代繼續(xù)下去，形成鏈式反應．(2)重核的裂變只能發(fā)生在人為控制的核反應中，在自然界中不會自發(fā)地發(fā)生．鈾核裂變不會自發(fā)地進行，要使鈾核裂變，首先要利用中子轟擊鈾核，使鈾核分裂，分裂產(chǎn)生更多的中子，這些中子繼續(xù)與其他鈾核發(fā)生反應，再引起新的裂變，這樣就形成了鏈式反應．1．裂變的解釋：重核被中子轟擊后，與中子復合成一個處在高激發(fā)態(tài)的同位素，這種重核的同位素要發(fā)生形變，從一個接近球形的核變?yōu)橐粋€拉長的橢球形的核，核子間的距離增大，核力減小到不足以抵消質(zhì)子間的庫侖斥力而恢復原狀，最后分裂成兩部分，同時放出中子．2．裂變過程核能的計算：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n．已知m(eq\o\al(235,92)U)＝235.0439u，mn＝1.0087u，m(eq\o\al(141,56)Ba)＝140.9139u，m(eq\o\al(92,36)Kr)＝91.8973u，且1u質(zhì)量對應的能量為931.56MeV．裂變前：m1＝(235.0439＋1.0087)u＝236.0526u．裂變后：m2＝(140.9139＋91.8973＋3×1.0087)u＝235.8373u．質(zhì)量虧損：Δm＝0.2153u釋放能量：ΔE＝0.2153×931.5MeV＝200.55MeV．3．重核裂變的條件(1)要有足夠濃度的鈾235．(2)要有足夠數(shù)量的慢中子．(3)鈾塊的體積要大于臨界體積．【例1】現(xiàn)有的核電站比較廣泛采用的核反應之一是：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(143,60)Nd＋Zr＋3eq\o\al(1,0)n＋8eq\o\al(0,－1)e＋ν．(1)核反應方程中的ν是中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零．試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)．(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核質(zhì)量為142.9098u，鋯核質(zhì)量為89.9047u．又知1u＝1.6606×10－27kg，試計算，1kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量是多少？[解析](1)根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可得Zr的電荷數(shù)Z＝92－60＋8＝40，質(zhì)量數(shù)A＝236－143－3×1＝90．(2)方法一：質(zhì)量虧損Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.212u，一個鈾核裂變釋放能量ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.212×931.5MeV≈197.5MeV1kg鈾核含有的原子核數(shù)為n＝eq\f(1000,235)×6.02×1023個≈2.562×1024個，1kg鈾核產(chǎn)生的能量E總＝n·ΔE＝2.562×197.5×1024MeV，≈5.06×1026MeV＝5.06×1026×106×1.6×10－19J≈8.1×1013J．方法二：Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.212u＝0.212×1.6606×10－27kg≈3.5×10－28kg，ΔE＝Δmc2＝3.5×10－28×(3×108)2J＝3.15×10－11J，n＝eq\f(1000,235)×6.02×1023個≈2.562×1024個，E總＝nΔE＝2.562×1024×3.15×10－11J≈8.1×1013J．[答案](1)4090(2)8.1×1013J計算重核裂變釋放的核能常用方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程計算．用裂變反應中質(zhì)量虧損(Δm)的千克數(shù)乘以真空中的光速(c＝3×108m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2．(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位u相當于931.5MeV能量計算．用裂變反應中質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV．(3)由核能的轉(zhuǎn)化量計算．[跟進訓練]1．下面是鈾核裂變反應中的一個：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n．已知鈾235的質(zhì)量為235.0439u，中子的質(zhì)量為1.0087u，鍶90的質(zhì)量為89.9077u，氙136的質(zhì)量為135.9072u，則此核反應中質(zhì)量虧損Δm＝________u，釋放的核能ΔE＝________MeV．[解析]質(zhì)量虧損Δm＝235.0439u＋1.0087u－135.9072u－89.9077u－10×1.0087u＝0.1507u．由ΔE＝Δmc2可求得釋放的核能ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.1507×931.5MeV＝140.3771MeV．[答案]0.1507140.3771重核裂變的應用1964年10月16日，中國第一顆原子彈在羅布泊的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相當于1.8萬噸TNT炸藥．爆炸時安放原子彈的鋼塔全部熔化，在半徑400m的范圍內(nèi)，沙石都被燒成黃綠色的玻璃狀物質(zhì)，半徑1600m范圍內(nèi)所有動植物全部死亡．(1)巨大的核能是從哪里來的？(2)在利用重核裂變制成的原子彈中，需不需要用鎘制成的控制棒？提示：(1)鈾核的裂變．(2)不需要．1．核電站發(fā)電的主要原理：核燃料裂變釋放的能量使反應區(qū)溫度升高．水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應堆內(nèi)的熱量傳輸出去．反應堆放出的熱使水變成水蒸氣，這些高溫高壓的蒸汽推動汽輪發(fā)電機發(fā)電．這一部分的工作原理和火力發(fā)電相同．2．核反應堆——核電站的心臟：裂變反應堆是核電站的心臟，它是一種人工控制鏈式反應的裝置，可以使核能較平緩地釋放出來，裂變反應堆的結(jié)構和工作原理見下表：組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾(eq\o\al(235,92)U)提供核燃料慢化劑(減速劑)石墨、重水或普通水使裂變產(chǎn)生的快中子減速控制棒鎘吸收減速后的中子，控制反應速度反射層石墨阻止中子逃逸熱交換器水產(chǎn)生高溫蒸汽，推動汽輪發(fā)電機發(fā)電防護層金屬套和鋼筋混凝土防止射線對人體及其他生物體的侵害3．核反應堆與原子彈爆炸的比較：原子彈爆炸時，鏈式反應的速度是無法控制的，為了用人工方法控制鏈式反應的速度，使核能比較平緩地釋放出來，人們制成了核反應堆(核電站的核心設施)．核反應堆是人工控制鏈式反應的裝置．【例2】在所有能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應性強的優(yōu)勢，在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能．核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應，釋放出大量核能．(1)核反應方程式eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種，eq\o\al(1,0)n為中子，X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X為________，a＝________．以mU、mBa、mKr分別表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(141,56)Ba、eq\o\al(92,36)Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應過程中放出的核能ΔE是多少？(2)有一座發(fā)電能力為P＝1.00×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%，假定反應堆中發(fā)生的裂變反應全是本題(1)中的核反應，已知每次核反應過程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，核的質(zhì)量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量．[解析](1)由反應方程可知：X為eq\o\al(1,0)n，a為3，釋放的能量為ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2．(2)因電站發(fā)電效率為40%，故電站消耗eq\o\al(235,92)U的功率為P′＝eq\f(P,40%)＝eq\f(106,40%)kW＝2.5×106kW，電站每年消耗eq\o\al(235,92)U的能量為W＝P′t＝2.5×109×3.15×107J＝7.875×1016J．每年消耗eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量為M＝eq\f(W,ΔE)mU＝eq\f(7.875×1016×390×10－27,2.78×10－11)kg＝1105kg．[答案](1)eq\o\al(1,0)n3(mU－mBa－mKr－2mn)c2(2)1105kg[跟進訓練]2．落在日本廣島上的原子彈，相當于2萬噸TNT炸藥放出的能量．原子彈放出的能量約8.4×1013J，試問有多少個eq\o\al(235,92)U原子核進行分裂？該原子彈中含eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量最小限度為多少千克？(一個eq\o\al(235,92)U原子核分裂時所產(chǎn)生的能量約為200MeV)[解析]一個eq\o\al(235,92)U原子核分裂時所產(chǎn)生的能量約為200MeV＝200×106eV＝2.0×108×1.6×10－19J＝3.2×10－11J．設共有n個eq\o\al(235,92)U核發(fā)生裂變：n＝eq\f(8.4×1013,3.2×10－11)個≈2.6×1024個，鈾的質(zhì)量m＝235×10－3×eq\f(2.6×1024,6.02×1023)kg≈1.015kg．[答案]2.6×1024個1.015kg對輕核聚變的理解大海航行靠舵手，萬物生長靠太陽．沒有太陽，地球上就不可能有姿態(tài)萬千的生命現(xiàn)象，當然也不會孕育出作為智能生物的人類．(1)太陽是靠什么為地球生命提供巨大的能量呢？(2)使輕核合成質(zhì)量較大的核的難點是什么？提示：(1)太陽輻射的能量是在氫聚變成氦的過程中產(chǎn)生的．(2)要使兩個輕核接近到10－15m內(nèi)，核力才能發(fā)生作用，但進入這樣的范圍需克服很大的庫侖斥力，使輕核具有足夠的能量是難點之一．1．核聚變的特點(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量．(2)熱核反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應進行下去．(3)普遍性：熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應堆．2．核聚變的應用(1)核武器——氫彈：一種不需要人工控制的輕核聚變反應裝置．它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸．(2)可控熱核反應：目前處于探索階段．3．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的能量要大3～4倍核廢料處理難度聚變反應的核廢料處理要比裂變反應簡單得多原料的蘊藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽α坑邢?，尤其用于核裂變的?35在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的儲量非常豐富．1L海水中大約有0.03g氘，如果用來進行熱核反應，放出的能量約與燃燒300L汽油相當可控性速度比較容易進行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應釋放核能目前，除氫彈以外，人們還不能控制它【例3】太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核同時放出兩個正電子的熱核反應，這個核反應釋放出的大量能量就是太陽的能源．(1)寫出這個核反應方程．(2)這一核反應能釋放多少能量？(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少？(mp＝1.0073u，mHe＝4.0026u，me＝0.00055u)[解析](1)核反應方程4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋nX，而nX是2個正電子．因此核反應方程應為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e．(2)反應前的質(zhì)量m1＝4mp＝4×1.0073u＝4.0292u．反應后的質(zhì)量m2＝mHe＋2me＝4.0026u＋2×0.00055u＝4.0037u．質(zhì)量虧損Δm＝m1－m2＝0.0255u．由質(zhì)能方程得，釋放能量ΔE＝0.0255×931.5MeV＝23.7533MeV．(3)由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得每秒減少的質(zhì)量Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,3×1082)kg≈4.2×109kg．[答案](1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e(2)23.7533MeV(3)4.2×109kg對核反應的兩個認識誤區(qū)(1)誤認為聚變就是裂變的逆反應．產(chǎn)生這種誤區(qū)的原因是對聚變和裂變的本質(zhì)沒有理解透，裂變時重核分裂成中等核，而聚變是輕核聚合成為次輕核，無直接關聯(lián)，并非互為逆反應．(2)不能正確判斷聚變、裂變、衰變及人工轉(zhuǎn)變的方程．核聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，也會放出中子；重核裂變時鈾核捕獲中子裂變?yōu)閮蓚€或更多個中等質(zhì)量的核，并放出幾個中子；人工核轉(zhuǎn)變常用α粒子或中子去轟擊原子核，產(chǎn)生新原子核并放出一個或幾個粒子；衰變是原子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核，并向外輻射出α粒子或β粒子的反應，衰變根據(jù)向外輻射粒子的不同分為α衰變和β衰變兩種．[跟進訓練]3．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，式中x是某種粒子，已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子X的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反應方程和數(shù)據(jù)可知，粒子X是________，該反應釋放出的能量為________MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．[解析]根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，不難推算粒子X是eq\o\al(1,0)n(中子)．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2知，該反應釋放出的能量為ΔE＝(2.0141＋3.0161－4.0026－1.0087)×931.5MeV＝17.6MeV．[答案]eq\o\al(1,0)n(中子)17.6核能的利用與環(huán)境保護1967年6月17日，我國第一顆氫彈爆炸成功．從第一顆原子彈爆炸成功到第一顆氫彈爆炸成功，我國僅用了兩年零八個月．蘇聯(lián)用了四年，美國用了七年．原子彈和氫彈的裝置有何不同？提示：(1)原子彈是一種沒有減速劑、不加控制的爆炸性鏈式反應裝置．(2)氫彈是一種靠慣性約束、不需人工控制而實現(xiàn)聚變的反應裝置．1．核能利用核原料提供的能量巨大，1kg鈾釋放的全部能量大約相當于2700t標準煤完全燃燒放出的能量．地球上的常規(guī)能源一般都無法跟核能相比．除鈾外，釷也是一種裂變材料，它比鈾更豐富，如果能把釷利用起來，核電的發(fā)展前景將更為廣闊．熱核反應所需的氘更是儲量豐富．核原料的運輸和儲存方便，如：一座100萬千瓦核電站一年所需原料鈾，只需6輛卡車就可全部運到現(xiàn)場．核電站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成溫室效應或酸雨的氣體及煙塵，有利于環(huán)境保護．2．環(huán)境保護核電站為防止放射性物質(zhì)的泄漏，一般有4道安全屏障：二氧化鈾陶瓷體燃料芯塊滯留裂變產(chǎn)物，外面密封鋯合金包殼，第三道是壓力邊界，第四道是安全殼．這些措施大大提高了核能利用的安全性．3．廢料處理對核廢料先回收利用，剩下的廢料就很少了，將其中低放射性廢料進行瀝青固化或水泥固化后，儲存在地下淺層廢料庫，對高放射性的廢料采用玻璃固化后，埋藏在深層廢料庫．加之實時監(jiān)測等措施都降低了對環(huán)境污染的可能性．4．核電站(1)原理原子核的鏈式反應是在人工控制下進行．釋放的核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再由蒸汽輪機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，使核能為人類和平建設服務．(2)優(yōu)點①核能發(fā)電比燃煤發(fā)電的成本低，一座百萬千瓦級的核電站，一年只消耗濃縮鈾30t左右，而同樣功率的燃煤發(fā)電站每年要消耗250萬噸優(yōu)質(zhì)煤．②核電站對環(huán)境的污染要比燃煤發(fā)電小得多．【例4】我國自行研制了可控熱核反應實驗裝置“超導托卡馬克”(英文縮寫：EAST，俗稱“人造太陽”)．設可控熱核實驗反應前氘核(eq\o\al(2,1)H)的質(zhì)量為m1，氚核(eq\o\al(3,1)H)的質(zhì)量為m2，反應后氦核(eq\o\al(4,2)He)的質(zhì)量為m3，中子(eq\o\al(1,0)n)的質(zhì)量為m4．光速為c．下列說法不正確的是()A．這種裝置中發(fā)生的核反應方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．由核反應過程中質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反應放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2D．這種裝置與我國大亞灣核電站所使用的核裝置的核反應原理不相同B[可控熱核反應裝置中發(fā)生的核反應方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，故A正確；核反應過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B錯誤；核反應過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應是核聚變，我國大亞灣核電站所使用的核裝置的核反應是核裂變，它們的核反應原理不相同，故D正確．][跟進訓練]4．(多選)為應對能源危機和優(yōu)化能源結(jié)構，提高清潔能源的比重，我國制定了優(yōu)先選擇核能，其次加快發(fā)展風電和再生能源的政策，在《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》中要求2020年核電運行裝機總?cè)萘窟_到4000萬千瓦的水平，請根據(jù)所學物理知識判斷，下列說法正確的是()A．核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小B．所有核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能C．所有核電站既有重核裂變，又有輕核聚變釋放大量的原子能D．如果核電站能實現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理更簡單，對環(huán)境污染更小ABD[目前核電站都用核裂變，其原料是鈾，且核能是比較清潔的能源，故A、B正確，C錯誤；如果核電站能實現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理起來比鈾核裂變廢料更容易，對環(huán)境污染也更小，D正確．]1．(多選)關于重核的裂變，以下說法正確的是()A．核裂變釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量B．鈾核裂變在自然界中會自發(fā)地產(chǎn)生C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減少D．由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能AD[根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變釋放能量的原理分析可知，裂變時因鈾核俘獲中子發(fā)生核反應，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，因而釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量；重核裂變只能發(fā)生在人為核反應中；在裂變反應中核子數(shù)是不會減少的，因此A正確，B、C錯誤；重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，由于平均質(zhì)量減小，必然發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，所以D正確．]2．(多選)1938年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線．下列關于這個實驗的說法中正確的是()A．這個實驗的核反應方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nB．這是一個核裂變過程，反應后粒子質(zhì)量之和大于反應前粒子質(zhì)量之和C．實驗中產(chǎn)生的γ射線穿透能力極強D．這個反應中釋放出的能量可以用愛因斯坦的質(zhì)能方程來計算ACD[根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，鈾核裂變的核反應方程應為：eq\o\al(