1、5.5裂变和聚变(建议用时：40分钟)题组一核裂变及链式反应1下列核反应中，表示核裂变的是()AUThHeBUnBaKr3nCCNeDBeHeCnB题目选项中，UThHe是衰变，CNe是衰变，BeHeCn是人工核转变，只有B选项是重核裂变，故B正确2(多选)关于铀核裂变，下列说法正确的是()A铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B铀核裂变可能同时释放23个中子C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓度较高的铀235D铀块的体积对产生链式反应无影响BC铀核裂变的产物是多种多样的，具有极大的偶然性，但裂变成两个核的情况较多，也会分裂成多个核，并放出几个中子铀235被中子轰击时，裂变
2、的概率大，且可以俘获各种能量的中子引起裂变，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能发生裂变，且裂变的概率小，而要引起链式反应，必须使铀块的体积大于临界体积，为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓度较高的铀235故选项BC正确3用中子(n)轰击铀核(U)发生裂变反应，会产生钡核(Ba)和氪核(Kr)，并释放中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(U)裂变时，质量亏损为m，已知光在真空中的传播速度为c，以下说法正确的是()AU的裂变方程为UBaKr2nBU发生链式反应的条件与铀块的温度有关CU发生链式反应的条件与铀块的体积有关D一个铀核(U)裂变时，放出的能量为Emc2CU
3、的裂变方程为UnBaKr3n，故A错误；当铀块体积达到临界体积时才能使链式反应不断进行下去，与铀块的温度无关，B错误，C正确；根据爱因斯坦质能方程可知一个U裂变时，放出的能量为Emc2，D错误题组二核聚变的理解4太阳每秒辐射出来的能量约为3.81026 J，这些能量是()重核的裂变反应中产生的轻核的聚变反应中产生的原子核的衰变反应中产生的热核反应中产生的ABCDD由于太阳的主要成分是氢，它释放出的巨大能量来源于氢核的聚变反应这一反应又叫热核反应，故D正确5(多选)核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正
4、确的是()A两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子B两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子C两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1m3m4)c2D与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性BD由核反应方程2HHeX知，X应为中子，释放的核能应为E(2m1m3m2)c2，聚变反应的污染非常小，而现行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故AC错误，BD正确6关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是()A一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B聚变反应中平均每个核子释放的能量一定比裂变反应的大C聚变反应中粒子的比结合能变小D聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量
5、增加B在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故CD错误题组三重核裂变的应用7关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是()A镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度C镉棒不会释放中子，A错误；镉棒不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，BD错误；镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，
6、当反应太强，镉棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出，少吸收中子，故镉棒也叫控制棒，C正确8(多选)核电站与火电站相比较，下列说法正确的是()A核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量B就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭C在经济效益方面核电与火电不相上下D核电站没有任何污染AC核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A项正确；就可采储量所提供的能量来说，远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错误；在经济效益方面核电与火电不相上下，C项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D项错误9我国自行设计并研制的“人造太阳”托卡马克实验装置运
7、行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列该反应所进行的聚变过程是HHHen，反应原料氘(H)富存于海水中，而氚(H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(Li)的人工核转变得到(1)请把下列用中子轰击锂核(Li)产生一个氚核(H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：_n_H；(2)在(1)中，每产生1 g氚的同时有多少个Li核实现了核转变？(阿伏伽德罗常数NA取6.01023 mol1)(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.61013 J，求该核聚变过程中的质量亏损解析(1)核反应方程为：LinHeH(2)因为1 g氚为 mo
8、l，根据核反应方程，实现核转变的Li也为mol，所以有2.01023个Li实现了核转变(3)根据爱因斯坦质能方程Emc2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，5个核子释放总能量E55.61013J2.81012 J，所以质量亏损为m kg3.11029 kg答案(1)LiHe(2)2.01023个(3)3.11029 kg10(多选)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A“人造太阳”的核反应方程是HHHenB“人造太阳”的核反应方程是UnBaKr3nC根据公式Emc2可知，核燃料的质量相同
9、时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同D核燃烧的质量相同时，聚变反应过程的质量亏损比裂变反应过程的质量亏损大得多ADHHHen是氢核聚变方程，A正确；根据氢核聚变特点，相同质量的核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，氢核聚变反应过程的质量亏损比裂变反应过程的质量亏损大得多，D正确11利用氦3(He)和氘进行的聚变反应安全无污染，容易控制月球上有大量的氦3，每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦3的分布和储量已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是：2HHen3.26 MeV，若有2 g氘全部发生聚变，则释放的能量
10、是(NA为阿伏伽德罗常数)()A0.53.26 MeVB3.26 MeVC0.5NA3.26 MeVDNA3.26 MeVC2 g氘核的摩尔数n mol1 mol，因为2个氘核聚变可放出3.26 MeV的能量，所以2 g氘核全部发生聚变时释放的能量为0.5NA3.26 MeV，故C正确，其他选项错误12两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)已知氘核质量mD2.013 6 u，氦核质量mHe3.015 0 u，中子质量mn1.008 7 u(1)写出聚变方程并算出释放的核能；(已知质量亏损1 u释放的核能为931.5 MeV)(2)若反应前两氘核的动能均为EkD0.35 MeV它们正面
11、对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？解析(1)核反应方程为HHnHe该反应质量亏损m2mDmHemn0.003 5 u由质能方程得释放核能Em931.5 MeV0.003 5931.5 MeV3.26 MeV(2)将两个氘核作为一个系统，由系统动量守恒有0mHevHemnvn，由于，则vHevn又由能量守恒有mHevmnvE2EkD代入数据可得EkHe0.99 MeV，Ekn2.97 MeV答案(1)HHHen3.26 MeV(2)0.99 MeV2.97 MeV13核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源近几年来，受
12、控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子若已知氘原子的质量为2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u,1 u1.661027 kg(1)写出氘和氚聚变的反应方程；(2)试计算这个核反应释放出来的能量；(3)若建一座功率为3.0105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转化为电能，求每年要消耗氘的质量？(一年按3.2107 s计算，光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字)解析(1)氘和氚聚变的反应方程为HHHen(2)该反应过程的质量亏损m2.0141 u3.0160 u4.0026 u1.0087 u0.0188 u3.12081029 kg释放的核能Emc23.12081029(3108)2 J2.81012 J(3)设每年要消耗的氘的质量为M，氘原子的质量为MD由能量守恒可得：EPt可得：M kg23 kg答案(1)HHHen(2)2.81012 J(3)23 kg
