19.7《核聚变》

人教版高中物理教案-核聚变

第十九章原子核新課標要求1．內容標準（1）知道原子核的組成。

知道放射性和原子核的衰變。

會用半衰期描述衰變速度，知道半衰期的統計意義。

（2）瞭解放射性同位素的應用。

知道射線的危害和防護。

例1 瞭解放射性在醫學和農業中的應用。

例2 調查房屋裝修材料和首飾材料中具有的放射性，瞭解相關的國家標準。

（3）知道核力的性質。

能簡單解釋輕核與重核內中子數、質子數具有不同比例的原因。

會根據質量數守恆和電荷守恆寫出核反應方程。

（4）認識原子核的結合能。

知道裂變反應和聚變反應。

關注受控聚變反應研究的進展。

（5）知道鏈式反應的發生條件。

瞭解裂變反應堆的工作原理。

瞭解常用裂變反應堆的類型。

知道核電站的工作模式。

（6）通過核能的利用，思考科學技術與社會的關係。

例3 思考核能開發帶來的社會問題。

（7）初步瞭解恒星的演化。

初步瞭解粒子物理學的基礎知識。

例4 瞭解加速器在核子物理、粒子物理研究中的作用。

2．活動建議：（1）通過查閱資料，瞭解常用的射線檢測方法。

（2）觀看有關核能利用的錄影片。

（3）舉辦有關核能利用的科普講座。

新課程學習19．7 核聚變★新課標要求（一）知識與技能1．瞭解聚變反應的特點及其條件.2．瞭解可控熱核反應及其研究和發展.3．知道輕核的聚變能夠釋放出很多的能量,如果能加以控制將為人類提供廣闊的能源前景。

（二）過程與方法通過讓學生自己閱讀課本，培養他們歸納與概括知識的能力和提出問題的能力（三）情感、態度與價值觀1．通過學習，使學生進一步認識導科學技術的重要性，更加熱愛科學、勇於獻身科學。

2．認識核能的和平利用能為人類造福，但若用於戰爭目的將給人類帶來災難，希望同學們努力學習，為人類早日和平利用核聚變能而作出自己的努力。

★教學重點聚變核反應的特點。

★教學難點聚變反應的條件。

★教學方法教師啟發、引導，學生討論、交流。

★教學用具：多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。

★課時安排1 課時★教學過程（一）引入新課教師：1967年6月17日，我國第一顆氫彈爆炸成功。

19.7 核聚变(卡片)

§ 19.7 核聚变【学习目标】1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。

【预习卡片】一．聚变及其条件1.什么叫轻核的聚变？2.为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？3.请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？说明：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。

太阳每秒释放的能量约为3.8×1026J，地球只接受了其中的二十亿分之一。

太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。

它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。

科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿～100亿年。

当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！4.上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。

氢弹爆炸原理是什么？二．可控热核反应1．了解聚变与裂变相比有哪些优点？2.我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。

【巩固提高】1．中子n、质子p、氘核D的质量分别为m n、m p、m D，现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为γ+D=p+n,若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是（）A．[]EcmmmnPD---2)(21B．[]EcmmmPnD+-+2)(21C．[]EcmmmnPD+--2)(21D．[]EcmmmPnD--+2)(212．下列说法中正确的是（）A ．质子与中子的质量不等，但质量数相等B ．两个质子间，不管距离如何，核力总是大于库仑力C ．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D ．除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互作用力 3．已知氘核质量为2.0136u ，中子质量为1.0087u ，He 32核的质量为3.0150u 。

核聚变

核聚变——人类理想新能源每讲小结第一讲：核聚变和聚变能源摩西等人认为，能最快接近核聚变的途径莫过于“杂交技术”，即用聚变反应来加速核废料中的裂变反应。

在这种被称为“激光惯性聚变引擎”(laser inertial fusion engine，LIFE)的方法中，大功率激光束将能量聚焦在很小的靶丸上，能量冲击将点燃初级核聚变反应，聚变产生的中子向外传播，击中外面包裹的裂变物质壳层，壳层可以是来自核电站的乏燃料(spentfuel，使用过的燃料)，也可以是军事上常用的贫核聚变能源。

铀(depleted uranium)。

放射性废料在中子的轰击下会触发更多衰变，释放出可用于发电的热，同时加速废料本身向稳定物质的转变(从而解决了核废料的处理问题)。

摩西称，他能在 2020年之前制造出一台基于 LIFE的工程原型，并在2030年之前实现并网发电。

第二讲：开发聚变能源的途径及进展磁约束核聚变是利用强磁场约束高温高密度等离子体，从而产生可以控制的核聚变反应。

按照普通的低约束模式运行，其装置规模极为庞大，加热及控制技术难度极高，建造及运行成本极为昂贵。

高约束模式是实现聚变能源开发的关键一步，一直是核聚变科学领域的前沿研究难题。

正在规划建设中的国际大科学工程――国际热核聚变实验堆将采用高约束模式运行。

国际上只有美国、日本、欧洲的一些装置能实现高约束模式运行。

第三讲：托卡马克原理及进展托卡马克(Tokamak)是一环形装置，通过约束电磁波驱动，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，并实现人类对聚变反应的控制。

它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka)。

最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。

受控热核聚变在常规托卡马克装置上已经实现。

但常规托卡马克装置体积庞大、效率低，突破难度大。

上世纪末，科学家们把新兴的超导技术用于托卡马克装置，使基础理论研究和系统运行参数得到很大提高。

核聚变劳森判据

核聚变劳森判据全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：核聚变是一种不断被人们追寻的可再生能源，可以取代煤炭、石油等传统的高污染能源，成为未来清洁能源的重要选择。

要实现核聚变反应需要克服许多技术上的难题，其中之一便是核聚变劳森判据。

劳森判据是指能否在核聚变等离子体中维持等离子体稳定性的判据。

在核聚变反应中，燃料为氢同位素氘和氚，在高温高压下，原子核融合形成氦和中子，释放出大量能量。

由于核聚变反应需要高温高压的条件，导致等离子体中的粒子高速运动，产生热运动和磁场效应，使得等离子体不稳定，难以保持聚变过程。

为了克服核聚变劳森判据，科学家们进行了大量的研究和实验。

一种常见的方法是通过磁约束来维持等离子体的稳定性，即通过超导磁体产生磁场，将等离子体困在磁场中，防止其与容器壁接触而失稳。

还可以通过加热等离子体至高温，增加粒子的热运动能量，使得等离子体更加稳定。

目前仍然存在许多挑战和难题需要解决。

要实现可控核聚变反应需要达到极高的温度和压力，目前还没有找到一种完全可行的方法来快速升温。

等离子体在高温下易受到外界扰动的影响，导致失稳，如何稳定等离子体仍然是一个难题。

核聚变反应产生的中子对反应堆材料造成巨大的辐射损伤，如何设计出能够长时间运行的反应堆仍然是一个难题。

尽管核聚变劳森判据存在许多挑战，但科学家们仍然在不懈努力。

目前，国际上正在进行一系列的核聚变实验项目，如ITER（国际热核聚变实验堆），致力于解决核聚变的技术难题。

通过合作和共享资源，科学家们希望能够尽快实现可控核聚变反应，实现清洁能源的梦想。

核聚变劳森判据是实现核聚变反应的重要挑战之一，但随着科技的进步和研究的深入，相信未来将会克服这一难题，实现清洁能源的革命。

希望未来不久的将来，我们可以看到核聚变技术在实际应用中取得突破，为人类社会带来更加清洁、高效的能源选择。

第二篇示例：核聚变劳森判据是指控制核聚变过程的稳定性和可控性的重要判据，也被称为劳森条件。

核聚变每课一练 (含解析) (27)

D．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
17．指出下列核反应的类型：
（1） _3） ________
18．下列说法中正确的是______
A．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，释放出一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小
B．普朗克为了解释光电效应的规律，提出了光子说
考点：爱因斯坦质能方程、裂变反应和聚变反应
【名师点睛】本题考查了核反应方程式、质能方程的应用、核反应的分类，核反应分为核聚变与核裂变，要注意它们的区别；本题难度不大，是一道基础题，熟练掌握基础知识，即可正确解题。
2．A
【解析】
试题分析：重核裂变是质量数较大的核裂变为质量中等的核，聚变是质量数较小的核转化为质量较大的核，核反应满足转化过程中质量数和电荷数都守恒．A、方程②是质量数较小的和转化为质量较大的核，属于轻核聚变，故A正确；B、方程①是质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，故B错误；C、太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，故C错误；D、同位素的质子数相同，故D错误．故选A。
A．这种装置中发生的核反应方程式是
B．由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4
C．核反应放出的能量等于（m1+m2–m3–m4）c2
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同
2．“两弹”所涉及的基本核反应方程有：① ，② ，关于这两个方程，下列说法正确的是
A．方程②属于轻核聚变
C．在微观物理学中，能同时准确地质点粒子的位置和动量
D．科学研究发现太阳光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的裂变反应
19．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 + + ， + +X+ 方程式中 1、表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：

1 能源与环境绪论

E q T dS
17
电能

电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常由电池中的化学能转换而来，或是通过发电机由机械能转换得到；反之，电能也可以通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。
E e UI
18
辐射能
辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。物体的辐射能Er可由下式计算：

我国天然气储量居世界第16位，人均为世界平
均水平的10%。
32
中国面临“贫血”的威胁

目前我国人年均能源消耗是1000kg标准煤，美国是11000kg，英、德、法等国为5000~6000kg；

2030年以后，我国人年均能源消耗2000~3000kg
标准煤，人口达15亿以上；从1996年开始，我国由原油出口国变成原油进口国；2000年我国进口石油占消耗量的20%， 2011年已超过50%。
5
大作业安排

根据本课程的内容，选定某一主题，以PPT形式展示，从第8周开始，每周可安排2位同学展示。每人展示时间为10-15分钟。
请于第8周(11月3日) 前发邮件告知希望在哪周展示。展示顺序以邮件顺序为准。

6
第一章绪论
1.1 能源利用与能源问题（1）基本概念——能源
能源：自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。凡
1、按时上课 2、课堂保持安静 3、完成大作业
1、大作业占30% 2、出勤及课堂表现占10% 3、期末测验占60%
4
主要参考书：
[1] 能源与环境，周乃君，中南大学出版社，2008.10
[2] 能源与环境，冯俊小等著，冶金工业出版社，2011.06
[3] 能源环境学，滨川圭弘等编，郭成言译，科学出版社，2011.8 [4] 能源与环境效应，鄂勇、伞成立，化学工业出版社，2006.7

教法分析19.7 核聚变

第7节核聚变
初步了解，知道可控核聚变的主要困难1945年7月16日，第一颗原子弹在新墨西哥州的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。

爆炸时支承原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。

原子弹的巨大威力震惊了世界，也使反对原子武器的呼声空前高涨。

舆论不仅谴责下令使用原子弹的人，也要追究科学家的责任。

大部分原子弹研制的创议者成了反核战争的积极分子，奥本海默本人则辞去了职务，去进行宇宙线的纯科学研究。

为了打破核垄断，最终消灭核武器，1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功。

同时，我国政府郑重宣布：中国在任何时候、任何情况下，都不会首先使用核武器。

我国研制成功原子弹，极大地增强了我国的国防力量。

高中物理 19.7核聚变详解

高中物理| 19.7核聚变详解核聚变物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。

把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变。

1轻核的聚变（热核反应）某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。

轻核的聚变:根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:发生聚变的条件:使原子核间的距离达到10的负15次方m.实现的方法有:1、用加速器加速原子核；2、把原子核加热到很高的温度；108～109K 聚变反应又叫热核反应核聚变的利用——氢弹2可控热核反应——核聚变的利用可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果。

1.热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。

①轻核聚变产能效率高。

②地球上聚变燃料的储量丰富。

③轻聚变更为安全、清洁。

2.现在的技术还不能控制热核反应。

①热核反应的的点火温度很高；②如何约束聚变所需的燃料；③反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一；3.实现核聚变的两种方案。

①磁约束（环流器的结构）②惯性约束（惯性约束）习题演练1. (2011年绍兴一中检测)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000 s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．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(2m1－m3－m4)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2. 重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是（）A．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损B．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加C．裂变过程和聚变过程都有质量增加D．裂变过程和聚变过程都有质量亏损。

神奇的太阳大气层一一日冕

神奇的太阳大气层一一日冕作者：贾如丹来源：《百科探秘·航空航天》2020年第02期读了《太阳简史——一颗恒星的传记》和《通俗天文学——和宇宙的一场对话》，我很想和大家分享一些关于太阳的知识。

太阳是地球的生命之源，离开了它，我们地球上的动物和植物就会很快死亡。

我们依赖它，但并不表示我们很了解它，比如，你知道太阳也有大气层吗？人们平常会把太阳比作一个燃烧的大火球，其实更确切地说它是一个大气球，因为太阳质量的98.2% 是氢（78.5%）和氦（19.7%）。

太阳中心的氢在高温高压的条件下不断地被挤压，发生核聚变反应后，氢就聚变为氦。

几十亿年后，当这个过程结束时，太阳将成为红巨星，发生电影《流浪地球》里提到的“氦闪”，而后成为白矮星，白矮星存在的时间是非常漫长的，最终会成为黑矮星。

那时，人类早已不复存在。

和地球一样，太阳的结构也是分层的，最中心是等离子体组成的太阳核，太阳核的半径约占整个太阳半径的四分之一。

太阳内部核聚变所释放的光子能量需要经历一个曲折的过程，花上万年的时间才能到达太阳表面。

太阳的表面包裹着数层气体，分别为光球层、色球层和日冕。

顾名思义，光球层就是发光的部分，也是我们肉眼能看到的太阳最深处。

光球层约有500千米厚，平均温度超过6000摄氏度，许多太阳表面活动，像米粒组织、太阳黑子都在这里发生。

色球层位于光球层的上方，它就像是沸腾的光球层喷溅出来的物质，看起来呈橘色，平均厚度约为2000千米，温度在6000～20000摄氏度之间，由于它的密度比光球层小，发出的光仅为光球层的千分之一。

日冕是太阳最外面的大气层，它从色球层开始向外延伸达亿万千米，温度在100万～200万摄氏度之间，就像太阳的“冠冕”。

地球的大氣层和地面泾渭分明，太阳的大气层却不同，它和太阳的其他部分都是由等离子体组成，只是它更稀薄而已。

由于太过稀薄，日冕平时会被太阳的万丈光芒掩盖，只有日全食时才能被看到。

日冕的形状与太阳黑子的数量有关，黑子高峰期时，日冕向各个方向展开的范围差不多大，呈向日葵状;黑子减少后，日冕从两极伸出向赤道弯曲，就像磁石周围的铁屑形状。

核聚变

国际热核实验堆ITER装置
由于核聚变研究是一项耗资巨大、研究周期相当长的大科学研究项目，人们开始认识到只有开展广泛的国际合作才是加速实现核聚变能利用的可行之路。 2006 年 11 月21日，中国、欧盟、美国、日本、俄罗斯、韩国、印度在法国巴黎正式签署了《国际热核聚变实验堆 ITER 联合实施协定》， ITER （国际热核聚变实验反应堆）是规划建设中的一个为验证全尺寸可控核聚变技术的可行性而设计的国际托卡马克实验堆。此项目预期将持续30 年： 10 年用于建设， 20 年用于运行，总花费大约 100 亿美元。
• 磁约束装置有很多种，其中最有希望的可能是环流器（环形电流器），又称托卡马克（Tokamak）
20世纪50年代初期，前苏联科学家塔姆和萨哈罗夫，提出了实现磁约束容器的装置——托卡马克装置，又称环流器。核聚变实现的条件苛刻, 需要：1亿度以上的高温、长时间的约束在有限的空间中、足够高的密度。聚变装置（聚变堆）是多种高新技术的组合体，聚变研究水平在一定程度上代表了一个国家的综合科技水平。在此之后，美国、英国、日本等国的大型托卡马克装置相继建成并投入使用。20世纪90年代，在欧洲、日本及美国的几个大型托卡马克装置上，聚变能研究取得了突破性进展。
1991年11月在欧洲的JET装置上首次成功地进行了D-T放电实验，1997年,JET创下了输出聚变功率16.1MW、聚变能 21.7MJ的世界最高纪录。美国的TFTR装置于1993年10月也实现了D-T聚变反应；近几年来，日本的JT-60U装置也取得了受控核聚变研究的最好成绩，获得了聚变反应堆级的等离子体参数：峰值离子温度～45keV，电子温度10keV，等离子体密度～1020m-3，聚变三乘积～1.5×1021keV· s· m-3；等效聚变功率增益达到1.25。至此，聚变能的科学可行性基本得到论证，已经奠定有可能考虑建造聚变能实验堆，创造研究大规模核聚变的条件。

人教版高中物理选修3-5 19.7 同步练习习题(含答案解析)

人教版高中物理选修3-5 19.7 同步练习习题（含答案解析）核聚变1．目前核电站利用的核反应是()A．裂变，核燃料为铀B．聚变，核燃料为铀C．裂变，核燃料为氘D．聚变，核燃料为氘答案：A2．下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是()A.3015P→3014Si＋01eB.21H＋31H→42He＋10nC.146C→147N＋0－1eD.23892U→23490Th＋42He解析：因为轻核结合成质量较大的核叫聚变，此题关键在一个“聚”字，暗示变化之前应至少有两种核，四个选项中只有B符合要求。

答案：B3．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着激烈地() A．衰变反应B．人工核反应C．裂变反应D．热核反应解析：太阳内部时刻都在进行着轻核聚变反应，即热核反应，并伴随着释放出巨大的能量。

答案：D4．下列关于聚变的说法中，正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用。

由于原子核带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力。

答案：A、C、D5．重核的裂变和轻核的聚变是人类利用核能的两种主要方式，但只有重核的裂变被人类和平利用，其原因是轻核聚变()A．产能效率不高B．核燃料储量不够丰富C．核废料的处理比较困难D．反应速度的控制比较困难解析：裂变和聚变都释放核能，聚变产能效率高，核燃料储量丰富，且核废料容易处理，缺点是核反应速度难以控制，D 正确。

答案：D6．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，下面关于它们的说法中正确的是( )A ．裂变和聚变过程中都有质量亏损B ．裂变过程中有质量亏损，聚变过程中质量有所增加C ．裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损D ．裂变和聚变过程中质量都有增加解析：在重核裂变和轻核聚变过程中都会释放出大量的热量，由爱因斯坦质能方程知，无论是裂变还是聚变，质量都会减少，而质量变化叫做质量亏损，所以仅A 选项正确。

辽宁省沈阳市第二十一中学高二物理 19.7《核聚变》导

19-7《核聚变》导学案【使用说明】1、认真阅读教材内容，按层次完成自学部分；2、通过自学初步完成探究部分，标好疑点，以备展示、讨论。

【学习目标】1．了解聚变反应的特点及其条件.2．了解可控热核反应及其研究和发展.3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。

4．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难【自主学习】阅读教材．．．．内容．．，完成自主学习部分。

．．．．．．．．．．1、把两个质量较________的原子核结合成质量较________的原子核的过程叫_______________，由于这种反应需要在几百万度的高温下进行，所以也叫_________________。

2、氢的聚变反应3、轻核聚变与重核裂变相比有更多的优点，第一，轻核聚变产能效率较________；第二，地球上核聚变燃料的储量______________；第三，核聚变更____________、更清洁。

科学家设想的受控热核反应有两种方案：即______________和_______________。

【自主探究】认真完成探究部分，要求．．．．．．．．．．．有简单步骤，．．．．．．有．问题部分作出标记．．．．．．．．。

．1、下列核反应中属于轻核聚变的是 ( )A．21H＋31H→42He＋10n B．23490Th →23490Pa+1-eC．94B e +42He →126C+10n D．23892U →23490Th+21H2、关于轻核聚变，下列说法正确的是 ( )A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量B．同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能3、写出下列核反应的类型：14 7N＋42He→178O＋11H ________________，23892U →23490Th＋42He _________________，2 1H＋31H →42He＋1n ________________，20480Hg＋1n→20278Pt＋211H＋1n ________________，234 90 Th →23490Pa+01-e ________________，21084Po →20682Pb＋42He ________________。

核聚变的历史和突破

核聚变的历史和突破核聚变是一种能源产生方式，它利用了太阳和恒星中发生的自然过程。

核聚变是将两个轻元素的原子核合并成一个更重的原子核的过程，释放出巨大的能量。

与核裂变不同，核聚变是一种可持续的能源形式，不会产生放射性废料或核辐射。

本文将介绍核聚变的历史和突破。

一、核聚变的历史核聚变的概念最早可以追溯到20世纪初。

在1919年，英国物理学家欧内斯特·卢瑟福首次提出了核聚变的可能性。

他认为，通过将两个轻元素的原子核合并，可以释放出巨大的能量。

然而，由于当时科学技术的限制，实现核聚变仍然是一个遥远的梦想。

随着科学技术的不断进步，人们对核聚变的研究逐渐深入。

在1932年，英国物理学家詹姆斯·查德威克首次观察到了氘核与氚核的聚变反应。

这一发现为核聚变的实现提供了理论基础。

二、核聚变的突破尽管核聚变的概念已经存在了很长时间，但要实现可控的核聚变仍然是一个巨大的挑战。

直到20世纪50年代，人们才开始在实验室中进行核聚变的研究。

在1951年，美国物理学家埃德华·泰勒首次实现了氘氚聚变反应。

他使用了一台巨大的磁约束装置，将氘和氚加热到高温并加入强磁场中，成功地实现了核聚变反应。

这一突破标志着人类首次实现了可控的核聚变。

随后的几十年里，科学家们不断改进核聚变技术，试图实现更高效、更稳定的核聚变反应。

他们发展了多种不同的核聚变装置，包括磁约束装置、惯性约束装置和惯性电子束装置等。

在2010年，国际热核聚变实验堆（ITER）项目正式启动。

ITER是一个由35个国家共同参与的国际合作项目，旨在建造一个能够实现可控核聚变的装置。

该项目计划在2025年左右实现第一次可控核聚变反应，为未来的商业化核聚变能源奠定基础。

三、核聚变的前景核聚变作为一种清洁、可持续的能源形式，具有巨大的潜力。

与传统的化石燃料相比，核聚变能源不会产生二氧化碳等温室气体，对环境的影响更小。

此外，核聚变能源的燃料来源广泛，可以利用氢等丰富的元素进行反应，不会出现能源短缺的问题。

19.6.7---核裂变--核聚变2015

“原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉．我是死神，我是世界的毁灭者．”
13
链式反应的应用——原子弹
美国原子弹突袭广岛和长
崎造成了巨大的毁伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达 12英里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡共86000人，占全市 37% ．
28
计算下面核反应放出的能量:
1 2H +1 3H 2 4H e+0 1n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
Δ m =m D+m T-(m α+m n)=0.018884u
ΔE=Δmc2 = 0 .0 1 8 8 4 × 9 3 1 .5 M e V
需要克服极大的库仑斥力，因此必须让轻核具有很大的动能。
3、实现的方法有: 1）用加速器加速原子核；不经济
2）把原子核加热到很高的温度；
聚变反应又叫热核反应
108～109 K
几百万度高温
31
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小型
铀235
原
子
外壳
弹
普通炸药爆炸Ｕ235 裂变
氘、氚、重氢化钾等
氘、氚聚变
引爆装置 1 2H +1 3H 2 4H e+0 1n
32

【赢在课堂】2014年高中物理(新课标人教版)选修3-5配套课件 19.7-19.8

目录
退出
迁移与应用 1 一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量 mH=1.0073u, 中子质量 mn=1.0087u,氚核质量 m=3.0180u。(1u 相当于 931.5MeV) (1)写出聚变方程; (2)求释放出的核能多大? (3)求平均每个核子释放的能量是多大? 1 3 答案:(1)1 H + 2 n → H (2)6.24MeV (3)2.08MeV 0 1 1
目录退出
1.核聚变的特点聚变反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就会使反应继续下去。 2.核聚变的应用 (1)核武器——氢弹。 (2)可控热核反应:目前处于探索阶段。
目录
退出
二、粒子与宇宙
活动与探究 2 请用合适的方式全面概括你对粒子分类的了解。
目录
退出
答案:
光子(传递电磁相互作用) 媒介子胶子(传递强相互作用) 中间玻色子(传递弱相互作用) 电子轻子(6 种) 粒子中微子 μ 子和 μ 子中微子 τ 子和 τ 子中微子上夸克质子强子参与强相互作用中子介子超子夸克下夸克奇异夸克粲夸克底夸克顶夸克
目录
退出
二、受控热核反应
1.裂变与聚变相比有很多的优点第一,轻核聚变产能效率高; 第二,地球上聚变燃料的储量丰富; 第三,轻核聚变更为安全、清洁。 2.科学家设想的受控热核反应两种方案磁约束和惯性约束。
目录
退出
三、“基本粒子”不基本
在 19 世纪末,人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子,20 世纪后半期,科学家发现质子、中子也有着自己的复杂结构,于是基本粒子不再“基本”。
7
核聚变
8
粒子和宇宙

核聚变ppt课件

子存在（轻子时代）→ 温度109K时进入核合成时代→ 温度降到3000K时，电子与质子复合成氢原子→
温度降到3000K时，电子与质子复合成氢原子→
冷却，出现了宇宙尘埃密集尘埃→ 星云团开始发光→ 一颗恒星诞生。恒星收缩升温→
恒星收缩升温→ 热核反应成氦→ 氢大部分聚变为氦→ 收缩→ 氦聚合成碳→… （类似）直到产生铁元素。
强子结构夸克模型 (1964年 ) ：介子（夸克和反夸克组成）重子（三个夸克组成）
例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反
夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是（）
A.π+由u和 d组成
B.π+由 u和d组成
3．夸克模型
1964年提出夸克模
型，认为强子由更
基本的成分组成，
这种成分叫做夸克
（quark）。夸克
模型经过几十年的
发展，已被多数物理学家接受。
盖尔曼
（1）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。
（2）夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍
• 科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。
惯性约束
核聚变普遍存在于宇宙中
太阳
恒星
19.8、粒子和宇宙
1．“基本”粒子 “不” 基本
1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。继而我们发现了光子，并认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“ 基本粒子”。那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？
4．宇宙的演化、恒星的演化

天文知识太阳

太阳的发光原理
太阳是位于太阳系中心的恒星，它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。其直径大约是 1,392,000（1.392×10^6）公里，相当于地球直径的109倍；体积大约是地球的130万倍；其质量大约是2×10^30千克。从化学组成来看，太阳质量的大约四分之三是氢，剩下的几乎都是氦，包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%。它的表面温度是6000摄氏度的高温，经过1亿5千万千米（8.3分钟）的传播到达地球，地球只得到它的5亿分之一，这已经足够了。
由于氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量多，气体在受热时会膨胀，太阳也在一直向外扩张，随着它的持续膨胀最终的直径达到1 亿英星，到那时我们的太阳将成为一颗红巨星，地球上的温度将达到数千摄氏度，这颗膨胀的恒星会将地球完全吞没，然而这颗红巨星也在自我毁灭，它的内核变得极不稳定，处境十分危险。此时的恒星正在由内而外自我
太阳只是宇宙中一颗十分普通的恒星，但它却是太阳系的中心天体。太阳系中，包含我们的地球在内的八大行星、一些矮行星、彗星和其它无数的太阳系小天体，都在太阳的强大引力作用下环绕太阳运行。但是这样一个庞大的太阳系家族，在银河系中却仅仅只是十分普通的沧海一粟。银河系拥有 2000亿颗以上的恒星，直径约10万光年。太阳位于银道面之北的猎户座旋臂上，距离银河系中心约 2.5万光年，在银道面以北约26光年，它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转，周期大概是 2.5亿年，另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7 公里的速度朝着织女星附近方向运动。太阳也在自转，其周期在日面赤道带约25天；两极区约为35 天。
太阳的引力作用造成的塌缩，不仅引发核聚变，塌缩的压力还是约束核聚变能量极好的容器，在巨大的压力下，太阳每秒钟使用5亿吨的氢原子参与聚变，其中有400万吨的物质转化成为能量。

高三物理教案核聚变-教育文档

高三物理教案核聚变核聚变三维教学目标1、知识与技能(1)了解聚变反应的特点及其条件;(2)了解可控热核反应及其研究和发展;(3)知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。

2、过程与方法：通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力3、情感、态度与价值观(1)通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学;(2)认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。

教学重点:聚变核反应的特点。

聚变反应的条件。

教学方法:教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

(一)引入新课1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。

从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。

前苏联用了四年，美国用了7年。

氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。

这节课我们就来研究聚变的问题。

(二)进行新课1、聚变及其条件提问：什么叫轻核的聚变?(两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变)提问：为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能?(因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大)归纳补充：(1)氢的聚变反应：21H+21H31He+11H+4 MeV、 21H+31H42He+10n+17.6 MeV (2)释放能量：E=mc2=17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件?结论：微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。

神奇的太阳大气层——日冕

神奇的太阳大气层——日冕作者：暂无来源：《百科探秘·航空航天》 2020年第1期文/ 贾如丹北京市东城区文汇中学（指导教师：于洵）读了《太阳简史——一颗恒星的传记》和《通俗天文学——和宇宙的一场对话》，我很想和大家分享一些关于太阳的知识。

太阳是地球的生命之源，离开了它，我们地球上的动物和植物就会很快死亡。

我们依赖它，但并不表示我们很了解它，比如，你知道太阳也有大气层吗？人们平常会把太阳比作一个燃烧的大火球，其实更确切地说它是一个大气球，因为太阳质量的98.2% 是氢（78.5%）和氦（19.7%）。

太阳中心的氢在高温高压的条件下不断地被挤压，发生核聚变反应后，氢就聚变为氦。

几十亿年后，当这个过程结束时，太阳将成为红巨星，发生电影《流浪地球》里提到的“氦闪”，而后成为白矮星，白矮星存在的时间是非常漫长的，最终会成为黑矮星。

那时，人类早已不复存在。

太阳的分层结构和地球一样，太阳的结构也是分层的，最中心是等离子体组成的太阳核，太阳核的半径约占整个太阳半径的四分之一。

太阳内部核聚变所释放的光子能量需要经历一个曲折的过程，花上万年的时间才能到达太阳表面。

太阳的表面包裹着数层气体，分别为光球层、色球层和日冕。

顾名思义，光球层就是发光的部分，也是我们肉眼能看到的太阳最深处。

光球层约有500 千米厚，平均温度超过6 000 摄氏度，许多太阳表面活动，像米粒组织、太阳黑子都在这里发生。

色球层位于光球层的上方，它就像是沸腾的光球层喷溅出来的物质，看起来呈橘色，平均厚度约为2 000 千米，温度在6 000~20 000 摄氏度之间，由于它的密度比光球层小，发出的光仅为光球层的千分之一。

日冕是太阳最外面的大气层，它从色球层开始向外延伸达亿万千米，温度在100 万~200万摄氏度之间，就像太阳的“冠冕”。

太阳的大气层——日冕地球的大气层和地面泾渭分明，太阳的大气层却不同，它和太阳的其他部分都是由等离子体组成，只是它更稀薄而已。

高二物理高效课堂资料38号19.7 核聚变刘海龙

高二物理高效课堂资料山东省昌乐一中2017级高二物理翻转课堂课时学案课题19．7 核聚变编制人刘海龙审核人曹建民目标导学了解聚变反应的特点及其条件.了解可控热核反应及其研究和发展.重点难点知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。

问题记录自学质疑学案请同学们将预习中的疑难问题写出来。

一、阅读课本回答下列问题。

1．聚变（1）氢的聚变反应：（2）释放能量：小组讨论：看比结合能曲线（图19.5-3），想一想为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？提问：试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？补充：（1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，（2）氢弹提问：氢弹爆炸原理是什么？班级小组姓名使用时间 2017 年月日编号 23第 1 页氢弹的构造简介及其爆炸情况。

收集的资料，还能通过什么方法实现核聚变？2．可控热核反应聚变与裂变相比有很多优点例：一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的质量：m D=2.014 102 u、氚核的质量：m T=3.016 050 u、氦核的质量：mα=4.002 603 u、中子的质量：m n=1.008 665 u、1u=1.660 6×10-27kg，e = 1.602 2×10-19C，请同学们求出该核反应所释放出来的能量。

总结：聚变与裂变相比优点之一：。

优点之二：优点之三：（2）我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。

二、合作互学针对自学中出现的问题相互讨论，力争合作解决。

三、完成在线测学，将自学质疑疑问写下来课后交给课代表训练展示学案学生笔记学案内容1．下列核反应方程中，表示核聚变的过程是：（）2．下列说法中正确的是：（）A．聚变反应从外界吸收能量；B．聚变反应向外界放出能量；C．聚变反应可以无条件进行；D．聚变反应必须使核之间距离接近10-15m。