高中物理选修3-5核裂变

课时训练19核裂变

一、非标准

1.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,它主要由哪四部分组成()

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、减速剂、碰撞系统和传热系统

D.原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统

答案:A

解析:通过学习,我们知道核反应堆的构成分四部分:原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统。

2.裂变反应中释放出的能量来自于()

A.核子消失转化为能量

B.原子中电子与原子核的电势能减小

C.入射的中子消失转化为能量

D.原子核的比结合能变大,释放出能量

答案:D

解析:发生核反应过程中,核子数保持守恒,中子未消失,故A错误;能量来自于原子核内部,因重核分裂为中等质量的核时,比结合能增加而释放出能量,D正确。

3.(2013·重庆高考)铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应:

n→a+b+n

则a+b可能是()

A XeKr BBaKr

CBaSr DXeSr

答案:D

解析:根据电荷数守恒和质量数守恒可知,D符合要求。

4.一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为U+n→Sr+n,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,B项错误。中子数为140-(92-38)=86,A项正确。裂变时释放能量,出现质量亏损,但是其总质量数是不变的,所以C、D项错误。

5.(多选)下列关于重核裂变的说法中,正确的是()

A.核裂变反应是一个吸能反应

B.核裂变反应是一个放能反应

C.核裂变反应的过程质量亏损

D.核裂变反应的过程质量增加

答案:BC

6.(多选)国家重大科技专项示范项目CAP1400核电站,将于2013年在山东荣成石岛湾开工建设。核电站与火电站相比较,其优势在于()

A.核燃料释放出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多于煤炭

C.核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站

D.核电站比火电站更容易建造

答案:ABC

解析:核电站与火电站相比,相等质量的核燃料放出的能量比煤放出的能量要大很多,地球上可开采核矿

石储量所能提供的能量约为煤、石油的15倍,只要措施得当,核电站造成的污染很小,核能属于清洁能源,A、B、C均正确;核电站的建造难度较大,D错误。

7.某核反应堆每小时消耗浓缩铀(铀235的含量占5%)200g,假定每个铀核裂变时释放的能量是200MeV,核反应堆的效率为90%,求该核反应堆的输出功率。

答案:2.0×108W

解析:200g浓缩铀中铀235的含量为

m=200g×5%=10g,

则10g铀235中含有的原子数为

n=N A=×6.02×1023≈2.56×1022。

这些铀在1h内释放的能量为

Q=nΔE=2.56×1022×200×106×1.6×10-19J≈8.19×1011J,

则此核反应堆的输出功率为

P= W≈2.0×108W。

8.已知铀核U)裂变生成钡Ba)和氪Kr)Ba、Kr以及中子的质量分别是235.043 9 u、143. 913 9 u、88.897 3 u和1.008 7 u。我国秦山核电站一期工程的功率为30×104 kW,假如U能够完全发生裂变,其中有一半核能转化为电能。则核电站一年要消耗多少U?(已知1u=1.66×10-27kg)

答案:231.1kg

解析:核裂变方程为BaKr+n。

则一个U裂变释放出来的核能ΔE=(235.0439u-143.913 9 u-88.897 3 u-2×1.008 7 u)×c2=0.215

3×1.66×10-27×(3×108)2J=3.21×10-11J

每年核电站产生的总能量:E=Pt=30×107×365×24×3600J=9.461×1015 J

所以每年消耗的铀核个数为

N=个=5.894×1026个

因此每年需要铀的总质量为:m=

m=·m mol=×235×10-3 kg=231.1 kg。

9.在可控核反应堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作慢化剂。中子在重水中可与H核碰撞减速,在石墨中与C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,哪种材料减速效果更好?

答案:重水

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+mv2,

由能量守恒定律得m n m n,

解得v1=v0。

在重水中靶核质量

m H=2m n,

v1H=v0=-v0。

在石墨中靶核质量

m C=12m n,

v1C=v0=-v0。

因为与重水靶核碰撞后中子速度较小,故重水减速效果更好。