这节课我们学习一种新的能源－核能。首先请大家看一段录象：核爆炸录象。
这是美国B-29型轰炸机。这个场面大家想必都很熟悉，1945年8月6日，就是这架飞机向日本的广岛投掷了原子弹，在这朵特有的蘑菇云下面，是广岛市人民所遭受的巨大灾难，请看下列数据：
广岛：24.5万人中，死9.2万，伤3 .7万多，失踪近1.4万人
7.6万幢建筑物中，全毁4.8万幢，半毁2 .7万幢
全世界为之震惊。人们既为广岛市人民所遭受的灾难而沉重，更为原子弹所爆发出的巨大能量而震惊。原子弹爆炸时释放的能量就是核能。那么，什么是核能呢？
核能是原子核发生变化时释放出的能量。可能一些细心的同学会提出疑问原子核怎么会发生变化呢？在我们学过的化学反应中，原子的最外层电子数目发生变化，而核内的质子和中子是稳定的，不发生变化。
其实，科学界对这个问题的认识也有一个渐近的过程，在居里夫妇发现镭的放射性同位素镭－226之前，科学家们并不知道原子核也会发生变化。
1940年，居里夫妇发现镭－226的原子与一般的镭原子不同，它会不停地放射出由氦原子组成的射线。经过研究发现，这是由于它的原子核不稳定，会自发地分裂成两种新的、原子序数较小的原子铟－222和氦子：
22688Ra®22286Rn+42He

这是自发的核变化，当我们用中子、质子等微粒去撞击一些比较稳定的原子核时，也会发生核反应，例如大部分核电站就是利用中子撞击U-235原子核发生的核反应来获得能量的：
23592U+10n®14156Ba+9236Kr+310n
同学们可以看出，镭-226发生的变化是原子核内部的变化，组成原子核的质子、中子数目都发生了变化，镭在变化过程中变成了新的元素。象这种原子核内部发生的变化我们称之为核反应。
科学家将由大核变化成小核的核反应称为核裂变。一般来说，原子序数大于86的元素，由于核内质子数较多，核电荷之间的斥力相对来说比较大，容易发生核反应。
在初中我们还学过两类基本发变化类型：物理变化和化学变化（反应）。请同学们回忆一下，什么叫物理变化，什么叫化学变化？（提问）
物理变化：没有新物质生成的变化
化学变化：生成了新物质的变化
既然生成了新物质的变化就是化学变化，在我们今天学习的核反应中，也生成了新的物质，它属不属于化学反应呢？（提问）
（不属于）
我们的学习也与科学的发展一样，是一个渐近的过程，在初中我们学习物理变化、化学变化的定义时，同学们对化学所研究的微观世界还不太了解，所以教材从宏观的、有没有新物质生成的角度给出物理变化和化学变化的定义，随着我们对原子、分子内部结构等微观世界的逐渐学习，我们现在应该可以给物理变化和化学变化一个微观的更加精确的定义。好，现在就请同学们试着从分子、原子的角度给物理变化和化学变化各下一个定义，看谁的定义最合理最精确。（一分钟）提问：1、2、3位同学，大家一起说，三位同学的定义谁最好？
当年在广岛爆炸的原子弹，其威力相当于2万吨TNT的能量。此后制造出的氢弹等核武器威力比原子弹更大。那么，为什么发生核反应，会放出如此巨大的能量呢？
伟大的天才科学家爱因斯坦发现的质量和能量互变的方程，为人类对这个问题的认识提供了理论依据，这就是爱因斯坦发现的质量和能量互变的方程式，简称为质能方程。
E=m·C2

式中的E代表能量，m代表质量，C代表光速，等于3´108m/s，为一个定值。这个方程表明，当变化的速度为光速时，物质所具有的能量和它的质量成正比。质量越大，它所具有的能量就越大，当质量发生变化时，能量也随之发生变化：
DE=Dm·C2，
由于C2=9´1016是一个非常大的数值，所以即使质量发生很微小的变化，也会引起能量的巨大变化。
那么，在核反应中，到底有没有发生质量的变化呢？我们还是以U-235发生的核反应为例：23592U+10n®14156Ba+9236Kr+310n
通过实验可以测得一摩尔上述物质的质量分别为：
m(23592U) =235.0439g， m(10n)=1.0087g,
m(14156Ba)=140.9139g, m(9236Kr)=91.8973g。
现在请同学们计算一下，反应前后的质量各为多少：算好的同学举手。提问：
反应前后的总质量各为：
m（前）=235.0439g ＋1.0087g ＝236.0526g
m（后）=140.9139g ＋91.8973g ＋3´1.0087g ＝235.8373g
可以看出反应后的质量比反应前的质量少：
Dｍ＝ 236.0526g－235.8373g =0.2153g
根据质能方程：
DE=Dm·C2＝0.2153´9´1016＝1.9377´1016 (J)
可见，虽然只有0.2153克的质量变化，却引起了1.9337 ´1016 (J)的能量变化。
实验证明：任何核反应都伴随着质量的减少，所以任何核反应的发生都有巨大的能量放出。

在第一节我们刚刚学过化学反应热，知道化学反应中也都伴随着能量的变化，根据爱因斯坦的质能方程，能量变化是由质量变化引起的，而在初中我们学过任何化学反应都遵循一个最基本的定律：质量守恒定律。这个矛盾该怎么解决呢？
我们还是让实验事实来说话：
CH4（g）＋O2（g）＝CO2（g）＋H2O（l）＋889.5 (kJ)
这是甲烷的热化学方程式，一摩尔的甲烷完全燃烧时，放出的热量为889.5kJ, 如果它遵循质能方程的话，请同学们算一算它的质量变化为多少：提问（集体回答）
889.5´1000J
Dm = DE／C2＝ ＝9.883 ´10－１2 (g)
9´1016
同学们可以想象，如此微小的质量变化，人们很难检测出来，一般可以忽略不计，所以我们认为化学反应中没有发生质量的变化。可见，质量守恒定律与爱因斯坦的质能方程之间并不矛盾。
好，知道了核反应能量巨大的原因，我们再来看看核反应有哪些特点：
1． 连锁反应：
某些核反应存在连锁反应的现象，如：U-235和中子的核反应：只要有一个中子轰击U-235，就会放出3个中子，3个中子再去轰击U-235就会生成9个中子，这样连续下去，在几微秒的时间里，就使反应进行得非常剧烈而放出巨大的能量，具有这种特点的反应，我们称之为连锁反应。原子弹的爆炸能够如此剧烈，就是由于发生了连锁反应。
2． 伴随核辐射
在U-235与中子的核反应中，如果反应不密封的话，产生的中子会以光速射向周围环
境，形成辐射。以光速运动的微小粒子都能产生辐射。辐射看不见、摸不着。但是可以通过仪器测得。少量的辐射对人体不产生影响，而且人类还利用辐射为人类造福，例如医院用X光给病人做胸透，化疗是目前治疗癌症比较常用的方法，其原理就是利用辐射来杀死癌细胞。但是辐射量一多，就会对人体产生伤害。比如X光可以用于检查疾病，但是如果孕妇照X光的话，就有可能导致婴儿畸形或基因变异。同样，接受化疗的病人，会有脱发、恶心、乏力等副反应出现。
剂量再大一点的辐射，还会使成人产生基因变异，诱发血癌、皮肤癌等疾病。
大量的辐射，还会烧伤甚至烧死一切有生命的物质。
3． 高效
4． 清洁、无污染
核能是清洁、无污染的新能源： 以法国为例：1980－1986年间，法国核电占总发电量的比例由24%－70%，在此期间法国总发电量增加40%，而排放的含硫物质降低了9%，尘埃减少了36%。大气质量明显改善。
过渡：
核反应的这四个特点使得它在广岛原子弹爆炸以后，立即被大量用于发电。现在请同学们讨论一下，原子弹和核电站各利用了核反应的那些特点。
原子弹利用的是：（1）（3）
核电站利用了：（3）（4）
再问一个问题：核反应（1）（2）两个特点对核电站的建造有什么影响？好的，还是坏
的？是坏的，那么，该如何克服呢？
首先，要控制反应的速度；其次，要屏蔽核辐射。
下面，我们就来看看核电站是如何实现这些要求的：

四．核电站
这就是核电站工作原理示意图：
外面这一层是密封罩壳；这是发生核反应的地方，叫核反应堆；这是一个装有高压水的热交换器；这是蒸汽锅炉；这是发电机组。核反应放出的热量，通过热交换传递给循环的高压水，高压水再通过热交换把热量传递给蒸汽锅炉中的水，锅炉中的水受热产生的大量水蒸气就可以带动发电机组发电。实现从核能向电能的转化的。
这是核反应堆的内部结构，外面这一层是密封罩壳，里面的柱状结构为反应堆芯。这是反应堆芯的实物照片，外壳是核电站的第三层密封装置，这是由锆合金制成的小圆柱体，是放核燃料的容器，同时也是最后一层密封装置。核燃料的成分是UO2，将UO2做成一根根圆柱体，再捆成一束，然后放入锆合金中。
这是由金属镉制成的控制棒。镉能吸收中子。所以镉棒是用来控制核反应的。当反应进行得太过剧烈时，就插入镉棒来吸收中子，以使反应速度减慢。若想关闭核反应堆，就将镉棒完全插入。
（2）核电站的安全问题
a． 四层密封罩壳
b． 燃料的含量
为保证核电站绝对不可能发生爆炸，核电站的核燃料中U-235的含量只有3%，而原子弹爆炸U-235的含量必须达到90%以上，所以，核电站绝对不可能发生核爆炸，这就象白酒可以燃烧而啤酒不能燃烧一样，浓度在这里起了决定性的作用。
c． 专门的安全设施
万一上述措施都失效，该设施仍可以控制已经失控的反应堆。

问题：
a． 核废料的处理
b． 核泄漏的威胁
万无一失也还是有一失的时候，1989年前苏联的切尔诺贝利核电站发生核泄露事故，造成31人死亡、疏散10多万人的严重后果。
当核电站发生核泄露或核爆炸时，确实会给周围的居民带来非常大的灾难，但是迄今为止，400多座日夜工作的核电站中，只有切尔诺贝利核电站发生了泄露事故，相信随着科学技术的不断进步，核电站总有一天能真正做到万无一失。
因此，对于核能的利用，人们的观点至今仍是见仁见智。
下面请同学们四个人一组，讨论下面的问题：
讨论：
2．有人说核能会给人类带来光明的明天，有人则认为核武器的不断发明终有一天会毁灭人类。你认为呢？
1．任何物质都是既可以造福人类、又可以伤害人类，关键看我们如何利用它。诺贝尔先生当年历经千辛万苦发明炸药时，想的是对人类物质文明的贡献，当他痛心地发现炸药被用于战争给人类带来巨大伤害的事实时，用他几乎全部的财产，设立了诺贝尔奖，今天，诺贝尔奖已经成为科学界最高荣誉的象征。正是人类趋善避恶的天性使得诺贝尔奖能够发展成今天这样大的影响力的奖项。
2．二次大战时，纳粹德国比美国更早地研究原子弹，可以设想如果纳粹德国的实验先于美国成功，今天的世界会是另一幅景象。美国的核试验之所以先于纳粹德国成功，并不是历史的偶然。我们同学都知道，科学家爱因斯坦是本世纪最杰出的一位天才科学家，他不但在科学领域有着超越时代的贡献，在艺术与人品方面都赢得了全世界的尊敬，这样一位杰出的科学家，生于德国本应该是德国的荣幸，但是纳粹德国，却因种族歧视而对他百般污蔑与迫害，迫使爱因斯坦远离故土，成为美国科学家。由此可见，美国先于纳粹德国制成原子弹并不是历史的偶然，而是得道多助、失道寡助的必然结果。
科学的发展使人类从钻石取火的原始社会发展到今天的文明，科学的发展也必将会帮助人类摆脱困境，走向更美好的明天。