4.4《核能的利用与环境保护》学案(鲁科版选修3-5)

4． 4《核能的利用与环境保护》学案

【学习目标】

1、了解核反应堆和核电站的基本原理

2、了解核能利用的优势、危害及其防护措施

【学习重点】

反应堆和核电站的基本原理

【知识要点】

一、核电站

核反应堆是核电站的心脏．它是人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓的释放出来．

核电站的工作模式：是以核反应堆为能源，产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，其余部分与火力发电厂基本相同．如课本图所示，它主要由裂变反应堆、第一回路系统、第二回路系统及其他辅助系统组成．

二、核武器

原子弹：

是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。

氢弹：

是一种靠惯性约束、不需要人工控制而实现聚变的反应装置，它利用2

1

H

和3

1

H迅速地聚变成4H，产生比原子弹更为强烈的爆炸。

三、核能的优势与危害

核能作为一种新能源，有很优势：核能发电比燃煤发电的成本低；核电站对

环境污染比燃煤发电小得多。

核能的利用也存在一些危害：核燃料使用后会存留一定量具有高放射性的核

废料；核武器的威力巨大，不仅能摧毁地球上的生命，还能使生态环境受到严重

破坏。

【典型例题】

例题1：秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.2⨯1010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）

学生回答：

解：核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600 J=2.592×1013 J，每年的发

电量W

总

=365W=9.46×1015 J而1 g铀完全裂变时产生的能量为：8.2×1010 J 所

以，每年消耗的铀的量为：

15

2

10

9.4610

1.1510

8.210

m kg kg

⨯

==⨯

⨯

例题2：水（包括海水）是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。这是指（填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。请说明理由。

解析：①核能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大

量的核能。 ②核能和氢能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。氢能有便于储存与运输的优点，也可以为解决能源问题做出贡献。【达标训练】

1、一个相对原子质量为235的铀核在中子的轰击下，能分裂成一个相对原子质量为92的氪核和一个相对原子质量为142的钡核，这种现象叫做裂变

2、核电站反应堆里的核反应和原子弹里进行的核反应的区别是（ C ）

A 参加反应的核多少

B 参加反应的原子核的种类

C 链式反应有无控制

D 链式反应的产物

3．在核电站中，所发生的核反应（ B ）。

A 、是聚变反应

B 、是裂变反应

C 、有的是聚变反应 ，有的是聚变反应

D 、既不是聚变反应 ，又不是聚变反应

4．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.近年来，受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2014.u ，氚原子的质量为30160.u ，氦原子的质量为 4.0026u ，中子的质量为 1.0087u ，11661027u kg =⨯-..

(1)写出氘和氚聚合的反应方程.

(2)试计算这个核反应释放出来的能量.

(3)若建一座功率为30105.⨯kW 的核聚变电站，

假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？

（一年按32107.⨯s 计算，光速c m s =⨯300108./，结果取二位有效数字） 解：已v e 和v H 表示碰撞前电子的速率和氢原子的速率，根据题意有

0=-H H e e v m v m ①

碰撞前，氢原子与电子的总动能为 222121e e H H k v m v m E += ② 解①②两式并代入数据得 90.12897.12≈=k E eV ③ 氢原子从基态激发到n =4的能级所需能量由能级图得

74.12)59.13(85.0=---=∆E eV ④

碰撞后电子和受激氢原子的总动能16.074.1290.12=-=∆-='E E E k k

eV