核聚变 课件
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反应前后的质量亏损为：Δm＝m1＋m2－m3 释放的能量为：E＝(m1＋m2－m3)c2 光子的能量为：hν＝(m1＋m2－m3)c2 所以光子的频率就是：ν＝(m1＋m2－m3)c2/h. 答案：(m1＋m2－m3)c2/h
二、受控热核反应 1．热核反应的优点(与裂变相比) (1)产生的能量大； (2)反应后生成的放射性物质易处理； (3)热核反应的燃料在地球上储量丰富． 2．实现核聚变的难点 地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．为 解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和 惯性约束．
C． 411H→42He＋20－1e 反应之所以释放出能量，是因为H核子
的平均质量较He的大
D． 411H→42He＋20－1e 反应之所以释放出能量，是因为H核子
的平均质量较He的小 解析：太阳能是由太阳内部核聚变反应产生的，反应中释放
出能量是因为H核子的平均质量较He的大，故A、C正确． 答案：AC
注：使轻核反生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10－15 m的近距离．由于原子核都是带正电的，要使它们接 近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力．这就要使原子核 具有很大的动能．用什么办法能使大量原子核获得足够的动 能来产生聚变呢？有一种办法就是给它们加以很高的温 度．当物体达到几百万摄氏度的高温时，剧烈的热运动使得 一部分原子核具有足够的动能，可以克服相互间的库仑斥力， 在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核反应．
法二：先查出氘核和氦核的比结合能 ED＝1.11 MeV，EHe＝7.07 MeV 然后采用“先拆散，后结合”的方法，即先把2个氘核 分解成4个自由核子(2个中子和2个质子)，再使这4个自由核 子结合成氦核，比较前后两个过程中释放的结合能，同样可 得出结果． 由于氘核的平均结合能为ED＝1.11 MeV，所以将2个氘 核分解成4个自由核子需提供的能量为： E1＝4×1.11 MeV＝4.44 MeV 氦核的平均结合能为EHe＝7.07 MeV，所以将4个自由核 子结合成氦核时释放出的能量为： E2＝4×7.07 MeV＝28.28 MeV 则两个氘核发生聚变生成一个氦核时，放出的核能为： ΔE＝E2－E1＝28.28 MeV－4.44 MeV＝23.84 MeV. 答案：23.84 MeV
③热核反应在宇宙中是很普遍的，太阳内部和许多恒星内 部，温度高达________以上，热核反应在那里激烈地进行着， 太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×1026J，就是热核反应产 生的．
2．受控热核反应 (1)聚变反应和裂变反应相比之优点 ①聚变反应产能________高，即相同质量的核燃料，聚变 比裂变反应放出的核能多． ②聚变反应燃料________，即核反应所用的燃料——氘， 在地球上储量非常丰富.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进 行热核反应，放出的能量约和燃烧300 L汽油相当． 答案:1.(2)③107 K2． 2.(1)①效率 ②丰富
③核废料________，核反应产生的放射性废料较少， 处理起来比较简单，而裂变时产生的放射性物质，处理起 来比较困难．
(2)可控热核反应
①控制热核反应的难点是，地球上没有任何容器能经 受如此高的温度，所以目前可控热核反应还处于探索、实 验阶段．
②目前科学家采用两种方法“约束”聚变材料；磁约 束和________．
重核裂变
轻核聚变
原料的蕴藏量
核裂变燃料铀在地 主要原料是氘，氘在地球
球上含量有限，尤 上的含量非常丰富.1 L海水
其用于核裂变的轴 中大约有0.03 g氘，如果用
235在铀矿石中只 来进行热核反应放出的能
占0.7%
量约和燃烧300 L汽油相当
可控性
速度比较容易进行 人工控制，现在的 目前，除氢弹以外，人们 核电站都还用裂变 还不能控制它 反应释放核能
变式迁移
1．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，质子 和中子结合成氘核时，发出一个γ光子，已知普朗克常量h， 真空中的光速为c，则γ光子的频率为________．
解析：根据题意，可知反应中释放的能量以射线的形式 出现，则射线的能量就是反应前后的质量亏损所对应的能量， 而射线的能量又与射线的频率有关．
使两个氘核发生聚变生成一个氦核，放出多少
核能？
解析：聚变的核反应式为： 221H→42He
根据不同的已知条件，通常可以有两种计算方法． 法一：先查出氘核和氦核的质量： mD＝2.014102 u，mHe＝4.002603 u 然后根据核反应前后的质量亏损，用质能方程算出释放 的核能 核反应前后的质量亏损为： Δm＝2mD－mHe＝2×2.014102 u－4.002603 u ＝0.025601 u 释放出的核能为： ΔE＝0.025601×931.5 MeV＝23.8473315 MeV.
③“中国环流器一号”和“中国环流器新一号”是我 国研究可控热核反应的实验装置．
答案(1)③易处理 (2)②惯性约束
一、核聚变 1．聚变：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变．
例如： 12H＋13H―→42He＋10n＋17.60 MeV.
2．热核反应：轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚 合放出更大的能量，这种在很高温度下产生的聚变又叫热核 反应．
核聚变
1．核聚变——热核反应
(1)聚变：轻核结合成质量较大的核的反应过程称为聚变，
聚变伴随________大量的核能，典型聚变的核反应方程为：
13H_＋__12H__―__→_＋17.60 Mev. (2)热核反应
①为了使轻核聚合，必须给它加热到很高温度(几百万度
以上)，使原子核获得很大的________，这样才能使原子核克
服正电荷间巨大的________，进入________范围内，发生聚
变，所以聚变反应也称热核反应，热核反应一旦发生，就不
再行下
去．
②热核反应过程十分激烈，氢弹就是利用热核反应制造
的一种大规模杀伤性武器
答案:（1）释放 10－15 m 自身释放
42He＋01n （2）①动能 库仑力
（双选）北京奥运会的相关场馆建设大量采用对环 境有益的新技术，如奥运会场馆周围80%的路灯利用了太阳能发 电技术，奥运会90%的洗浴热水采用了全玻真空太阳能集热技 术．太阳能的产生是太阳内部高温高压条件下的核反应形成的， 下列说法正确的是( )
A．该核反应的方程可能是 411H→42He＋20－1e B．该核反应的方程可能是 29325U＋01n→15346Xe＋9308Sr＋1010n
3．轻核聚变和重核裂变的对比(见下表)
反应方式 比较项目
重核裂变
轻核聚变
放能原理
重核分裂成两个或多 个中等质量的原子核 放出核能
两个轻核结合成质量较 大的原子核放出核能
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 处理难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
反应方式 比较项目
二、受控热核反应 1．热核反应的优点(与裂变相比) (1)产生的能量大； (2)反应后生成的放射性物质易处理； (3)热核反应的燃料在地球上储量丰富． 2．实现核聚变的难点 地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．为 解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和 惯性约束．
C． 411H→42He＋20－1e 反应之所以释放出能量，是因为H核子
的平均质量较He的大
D． 411H→42He＋20－1e 反应之所以释放出能量，是因为H核子
的平均质量较He的小 解析：太阳能是由太阳内部核聚变反应产生的，反应中释放
出能量是因为H核子的平均质量较He的大，故A、C正确． 答案：AC
注：使轻核反生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10－15 m的近距离．由于原子核都是带正电的，要使它们接 近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力．这就要使原子核 具有很大的动能．用什么办法能使大量原子核获得足够的动 能来产生聚变呢？有一种办法就是给它们加以很高的温 度．当物体达到几百万摄氏度的高温时，剧烈的热运动使得 一部分原子核具有足够的动能，可以克服相互间的库仑斥力， 在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核反应．
法二：先查出氘核和氦核的比结合能 ED＝1.11 MeV，EHe＝7.07 MeV 然后采用“先拆散，后结合”的方法，即先把2个氘核 分解成4个自由核子(2个中子和2个质子)，再使这4个自由核 子结合成氦核，比较前后两个过程中释放的结合能，同样可 得出结果． 由于氘核的平均结合能为ED＝1.11 MeV，所以将2个氘 核分解成4个自由核子需提供的能量为： E1＝4×1.11 MeV＝4.44 MeV 氦核的平均结合能为EHe＝7.07 MeV，所以将4个自由核 子结合成氦核时释放出的能量为： E2＝4×7.07 MeV＝28.28 MeV 则两个氘核发生聚变生成一个氦核时，放出的核能为： ΔE＝E2－E1＝28.28 MeV－4.44 MeV＝23.84 MeV. 答案：23.84 MeV
③热核反应在宇宙中是很普遍的，太阳内部和许多恒星内 部，温度高达________以上，热核反应在那里激烈地进行着， 太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×1026J，就是热核反应产 生的．
2．受控热核反应 (1)聚变反应和裂变反应相比之优点 ①聚变反应产能________高，即相同质量的核燃料，聚变 比裂变反应放出的核能多． ②聚变反应燃料________，即核反应所用的燃料——氘， 在地球上储量非常丰富.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进 行热核反应，放出的能量约和燃烧300 L汽油相当． 答案:1.(2)③107 K2． 2.(1)①效率 ②丰富
③核废料________，核反应产生的放射性废料较少， 处理起来比较简单，而裂变时产生的放射性物质，处理起 来比较困难．
(2)可控热核反应
①控制热核反应的难点是，地球上没有任何容器能经 受如此高的温度，所以目前可控热核反应还处于探索、实 验阶段．
②目前科学家采用两种方法“约束”聚变材料；磁约 束和________．
重核裂变
轻核聚变
原料的蕴藏量
核裂变燃料铀在地 主要原料是氘，氘在地球
球上含量有限，尤 上的含量非常丰富.1 L海水
其用于核裂变的轴 中大约有0.03 g氘，如果用
235在铀矿石中只 来进行热核反应放出的能
占0.7%
量约和燃烧300 L汽油相当
可控性
速度比较容易进行 人工控制，现在的 目前，除氢弹以外，人们 核电站都还用裂变 还不能控制它 反应释放核能
变式迁移
1．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，质子 和中子结合成氘核时，发出一个γ光子，已知普朗克常量h， 真空中的光速为c，则γ光子的频率为________．
解析：根据题意，可知反应中释放的能量以射线的形式 出现，则射线的能量就是反应前后的质量亏损所对应的能量， 而射线的能量又与射线的频率有关．
使两个氘核发生聚变生成一个氦核，放出多少
核能？
解析：聚变的核反应式为： 221H→42He
根据不同的已知条件，通常可以有两种计算方法． 法一：先查出氘核和氦核的质量： mD＝2.014102 u，mHe＝4.002603 u 然后根据核反应前后的质量亏损，用质能方程算出释放 的核能 核反应前后的质量亏损为： Δm＝2mD－mHe＝2×2.014102 u－4.002603 u ＝0.025601 u 释放出的核能为： ΔE＝0.025601×931.5 MeV＝23.8473315 MeV.
③“中国环流器一号”和“中国环流器新一号”是我 国研究可控热核反应的实验装置．
答案(1)③易处理 (2)②惯性约束
一、核聚变 1．聚变：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变．
例如： 12H＋13H―→42He＋10n＋17.60 MeV.
2．热核反应：轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚 合放出更大的能量，这种在很高温度下产生的聚变又叫热核 反应．
核聚变
1．核聚变——热核反应
(1)聚变：轻核结合成质量较大的核的反应过程称为聚变，
聚变伴随________大量的核能，典型聚变的核反应方程为：
13H_＋__12H__―__→_＋17.60 Mev. (2)热核反应
①为了使轻核聚合，必须给它加热到很高温度(几百万度
以上)，使原子核获得很大的________，这样才能使原子核克
服正电荷间巨大的________，进入________范围内，发生聚
变，所以聚变反应也称热核反应，热核反应一旦发生，就不
再行下
去．
②热核反应过程十分激烈，氢弹就是利用热核反应制造
的一种大规模杀伤性武器
答案:（1）释放 10－15 m 自身释放
42He＋01n （2）①动能 库仑力
（双选）北京奥运会的相关场馆建设大量采用对环 境有益的新技术，如奥运会场馆周围80%的路灯利用了太阳能发 电技术，奥运会90%的洗浴热水采用了全玻真空太阳能集热技 术．太阳能的产生是太阳内部高温高压条件下的核反应形成的， 下列说法正确的是( )
A．该核反应的方程可能是 411H→42He＋20－1e B．该核反应的方程可能是 29325U＋01n→15346Xe＋9308Sr＋1010n
3．轻核聚变和重核裂变的对比(见下表)
反应方式 比较项目
重核裂变
轻核聚变
放能原理
重核分裂成两个或多 个中等质量的原子核 放出核能
两个轻核结合成质量较 大的原子核放出核能
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 处理难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
反应方式 比较项目