高中物理第三章原子核3.6核聚变3.7粒子物理学简介课件教科版选修

二、聚变反应中释放核能的计算 【例 2】 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核
同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能 量就是太阳的能源． (1)写出这个核反应方程． (2)这一核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为 3.8×1026 J，则太阳每秒减少的 质量为多少千克？ (mp＝1.007 3 u，mHe＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u) 答案 (1)411H→42He＋2＋01e (2)24.78 MeV (3)4.2×109 kg
6 核聚变 7 粒子物理学简介
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[目标定位] 1.知道什么是聚变反应，会计算核聚变中释放 的核能.2.知道热核反应，了解可控热核反应及其研究和发展 .3.了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史.
一、核聚变 1．定义：两个轻核结合成 较重 原子核的反应，轻核聚变必须在
高温下进行，因此又叫 热核反应 ． 2．能量变化：轻核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量． 3．核反应举例：21H＋31H→ 42He ＋10n＋17.6 MeV. 4．核反应条件：必须使它们的距离达到 10－15 m 以内，使核具
针对训练1 以下说法正确的是 ()
A．聚变是裂变的逆反应 B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量 C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显 然是吸收能量 D．裂变与聚变均可释放巨大的能量 答案 D
解析 A选项从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应， 但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同．裂变是 重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直 接关联，并非互为逆反应；B选项既然裂变与聚变不是互为 逆反应，则在能量流向上也不必相反；C选项要实现聚变反 应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的 高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于 所吸收的能量．因此，总的来说，聚变反应还是释放能量．
借题发挥 主要核反应类型有： (1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出 α 或 β 粒子． (2)人工转变：人工转变常用 α 粒子(也可用中子等)轰击原子核， 该核捕获 α 粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子． (3)核裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量 的核，并放出几个中子． (4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子．
(2)地球上聚变燃料的储量丰富．(3)轻核聚变更为安全、 清洁． 2．太阳等恒星内部进行的核反应是 轻核聚变反应．
三、粒子 1．“基本粒子”不基本
“基本粒子”：直到19世纪末，人们认为光子、 电、子质 子、中子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐 发现了数以百计的新粒子，它们都不是由 中子、 质子 、 电子组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也 有自己的复杂的结构．因此，20世纪后半期，就将“基 本”去掉，统称 粒子． 2．粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子 分为三大类：强子、 轻子 和 媒介子 ．
3．夸克模型 (1)夸克模型的提出：1964 年美国物理学家盖尔曼提出了强子 的夸克模型，认为强子是由 夸克 构成的． (2)分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶 夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的 ＋23 或 －13 ，每种夸 克都有对应的 反夸克 ． (3)意义：元电荷不再是电荷的 最小单位 ，即存在分数电荷． (4)夸克的“禁闭” 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”．
用的距离 10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使 轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要 给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温． 2．轻核聚变是放能反应：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平 均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应． 3．聚变方程： 21H＋31H―→24He＋01n＋γ.
四、3种典型的粒子加速器 1．直线加速器
(1)粒子运动轨迹是 一条直线 ． (2)满足的条件：要保持粒子与高频电场之间的 谐振 关系． (3)优点：粒子束的 强度高 ． 2．回旋加速器 (1)粒子运动轨迹：在磁场中的 匀速圆周 运动． (2)满足条件：高频电源的频率 等于 粒子回旋的频率． (3)优点：粒子被加速到的能量可达 40 MeV .
4．重核裂变与轻核聚变的区别
反应方式 比较项目
重核裂变
轻核聚变
重核分裂成两个或 两个轻核结合成
放能原理
多个中等质量的原 质量较大的原子
子核，放出核能 核，放出核能
放能多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放 出的能量大约要大 3～4 倍
核废料
聚变反应的核废料处理要比裂变反应
处理难度
容易得多
【例 1】 下列说法不正确的是
A.21H＋13H→42He＋10n 是聚变 B.29325U＋10n→15440Xe＋9348Sr＋210n 是裂变 C.28286Ra→28262Rn＋42He 是 α 衰变 D.2114Na→2142Mg＋－10e 是裂变 答案 D
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解析 A 选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的 核，是聚变反应，故 A 选项正确；B 选项的核反应中是铀核捕获 中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子，是裂 变反应，故 B 选项正确；在 C 选项的核反应中没有中子的轰击自 发地放出了 α 粒子，是 α 衰变，C 选项是正确的；而 D 应是 β 衰 变，不正确；故答案为 D.
有足够的 动能 ，轻核才能够发生聚变．
5．特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂 变 释放更多 的能量．热核反应一旦发生，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．
6．氢弹原理：首先由普通炸药引爆原子弹．再由 原子弹 爆 炸产生的高温高压引发热核爆炸．
二、可控热核反应与恒星演化中的核反应 1．聚变与裂变相比有很多优点：(1)轻核聚变产能效率高．
3．对撞机 能够实现两束相对运动的粒子 对撞 的设备叫对撞机． 工作原理：粒子先在 同步加速器 中加速，然后射入对撞 机，反向 回旋在轨道交叉处相互 碰撞 ，获得较大能量．
预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中
问题1 问题2 问题3
一、对轻核聚变的理解 1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作