高中物理知识点总结：轻核的聚变
轻核的聚变
H H He n
核聚变的利用——（2）可控热核反应 热核反应和裂变反应相比较，具有许多优 越性。 1、热核反应释放的能量多。 2、热核反应产生的放射性物质易处理 3、热核反应所用的燃料——氚，在地 球上储量丰富。
核聚变的利用——可控热核反应
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有：
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；
热核反应 相同的核燃料释放的能量多
裂变反应
反应中放射物质的处理较易
反应中的核燃料资源较丰富 核反应发生条件较易实现
二、核聚变的利用——（1）氢弹
弹体
三种炸药：
小 型 原 子 弹 普通炸药 Ｕ235 氘、氚
2 1 3 1 4 2
普通炸药
爆炸 裂变 聚变
1 0
铀235
外壳 氘、氚、重 氢化钾等 引爆装置
ΔE= Δmc2=
(2m1 4m3 m2 ) c 2 N 4
8．（12 分）在其他能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强 的优势．在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应 堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核 能． （ 1 ）核反应方程式： 23592U+n→14156Ba+9236Kr+aX 是反应堆中发生的 许多核反应中的一种，n为中子，X 为待求粒子， a为X的个数，则X 为 ___________ ， a=___________ ，以 mU 、 mBa 、 mkr 分别表示 23592U 、 141 Ba、92 Kr核的质量，m 、m 分别表示中子、质子的质量，c为光 56 36 n p 在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能 ΔE=___________． 解： X为中子，a=3.
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。
轻核的聚变
Li n H He
1 0 3 1 4 2
生成的新核是氚核
6 3
Li n H He
1 0 3 1 4 2
（2）由动量守恒定律
mn vn=mα vα +mH vH
vn= 7.7×104 m/s vα = 2×104m/s ∴V H =( mn vn- mα vα )/ mH = ( 1×7.7×104 - 4 × 2×104 ) ／3
中子n、质子p、氘核D的质量分别为 mn、m p、mD . 现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反 D pn 应的方程为 若分解后中子、质子的 动能可视为相等，则中子的动能是 （ ） C
1994年 上海
22. 在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静 止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和 反冲核的运动轨迹分别如图中a，b所示，由图 可以判定： [ B D ] A.该核发生的是α衰变 B.该核发生的是β衰变 C.磁场方向一定是垂直纸面向里 D.磁场方向向里还是向外不能判定
新课教学 一、轻核聚变 某些轻核结合成质量较大的核的核反应过 程，同时放出大量的核能。 例：
3 1
H H He n (17.6MeV )
2 1 4 2 1 0
1、轻核聚变的条件： 核子要距 离十分近 加热 高温
几百万 度高温 热核反应
2、热核反应的优点：
(1)热核反应释放的能量比裂变大得多。 (2)反应后的废物较易处理。 (3)原料易得。
= - 1.0×103 m/s 方向与中子方向相反 （3）由 r=mv/qB∝ mv/q
rα : rH = mαvα/qα ： mHvH/qH =（4×2 ／ 2 ） : （3×0.1）= 40: 3
19.6《重核的裂变和轻核的聚变》课件解析
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86000人， 占全市37% ．
法国 75%
立陶宛 73.1%
比利时 57.7%
保加利亚 47.1% 斯洛伐克 47%
世界核能发电占全部电量1/4
瑞典 46.8%
乌克兰 43.8%
韩国 42.8%
匈牙利 38.3%
亚美尼亚 36.4%
核电站－－－－秦山核电站
三、核聚变
1、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， 释放出核能的反映叫做聚变．
3、使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的
临界体积，相应的质量叫做临界质量。
4、链式反应的应用-----原子弹
原子弹
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万 吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气 压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地 面上形成一个巨大的弹坑．
在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿 色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的 动物全部死亡．
惯性约束
核聚变普遍存在于宇宙中
19章复习巩固
1、核力：原子核里的核子间存在的一种相互作用力
①核力是强相互作用的一种表现 2、核力特点：
裂变与聚变知识点总结
裂变与聚变知识点总结导言裂变与聚变是两种核反应过程，它们在能源生产和核武器应用上起着重要作用。
在裂变反应中，重核（通常是铀或钚）被中子打击后分裂成两个或更多个轻核，释放出大量能量和多个中子。
在聚变反应中，轻核（通常是氘和氚）被高能粒子撞击后融合成更重的核，释放大量能量和中子。
本文将从裂变和聚变的定义、过程、应用、优缺点等方面进行详细介绍，并对未来的发展前景进行展望。
一、裂变的定义裂变是指重核被中子打击后发生裂变反应，分裂成两个或更多个相对轻的核的过程。
裂变反应通常伴随着中子的释放，释放出来的中子又能够继续引发其他核反应。
裂变反应是目前核电站中使用的主要核反应方式。
二、裂变的过程裂变过程主要分为三个步骤：中子的捕获、裂变和自由中子的释放。
1. 中子的捕获：重核在被中子撞击后，会发生吸收作用，将核反应物转化为另一种核反应物。
2. 裂变：重核被中子打击后分裂成两个或更多的轻核，释放出大量的能量和多个中子。
3. 自由中子的释放：裂变反应过程中释放的多个中子会继续引发其他核反应，形成连锁反应。
三、裂变的应用1. 核能发电：裂变反应在核反应堆中被用于发电。
核反应堆中的燃料棒受到中子轰击后发生裂变反应，释放出大量的热能，用于产生蒸汽驱动涡轮发电机转动，从而产生电能。
2. 核武器：在核武器的爆炸中，利用裂变反应产生的巨大能量来引发裂变连锁反应，产生破坏力极大的核爆炸。
四、裂变的优缺点1. 优点（1）裂变反应产生的能量巨大，是目前能量密度最高的能源形式之一。
（2）核反应堆中的燃料可以持续使用，不受天气和地域的影响。
（3）核反应堆不会产生温室气体和大气污染物，具有环保优势。
2. 缺点（1）核反应堆产生的放射性废弃物需要长期处理和储存，存在较大的安全隐患。
（2）核反应堆的建设和维护成本高，而且存在核泄漏等安全风险。
（3）核反应堆的使用会引发公众的担忧和抵制。
五、聚变的定义聚变是指两个或更多个轻核在高温高压条件下融合成更重的核的过程。
高考物理核反应知识点
高考物理核反应知识点核反应是物理学领域中的一个重要概念，也是高考物理考试中常考的一个知识点。
在核反应中，原子核的结构和性质发生改变，同时伴随着能量的转化。
下面我们来详细了解一下高考物理核反应的知识点。
一、核反应的基本概念核反应是指两个原子核发生碰撞，产生核变化的过程。
在核反应中，原子核的质量数和原子序数会发生变化，同时伴随着能量的释放或吸收。
二、核反应的分类1. 核裂变：核裂变是指重核（如铀、钸等）在受到中子撞击时，分裂成两个或更多的轻核的过程。
核裂变产生的核能量巨大，并且会释放出更多中子，从而引发连锁反应。
核能的开发利用主要就是基于核裂变反应。
2. 核聚变：核聚变是指两个轻核在高温和高压条件下，结合成一个更重的核的过程。
核聚变是太阳和恒星中常见的核反应，释放出巨大的能量，并且不会产生大量的放射性废物。
三、核反应的能量转化核反应中伴随着能量的转化，这与爆炸和化学反应有一定的区别。
核反应的能量来自于原子核的质量差异。
根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，质量的损失会转化为能量的增加。
这是核反应能量巨大的原因，也是核能被广泛应用的基础。
四、核反应中的物理原理核反应的物理原理主要涉及两个重要的概念：核稳定性和核裂变链反应。
1. 核稳定性：核稳定性是指原子核在自然状态下是否稳定，即是否会发生衰变。
稳定核的结构相对较为坚固，不易分裂或合并。
而不稳定核的结构则相对不稳定，容易发生衰变反应。
2. 核裂变链反应：核裂变链反应是指一次核裂变在产生的中子撞击下引发下一次核裂变的连锁反应。
核裂变链反应是核反应利用的基础原理，同时也是核能发电的核心原理。
五、核反应的应用与发展核能被广泛应用于能源领域，它是一种清洁、高效的能源来源。
目前，核能发电已经成为世界上许多国家的主力能源之一。
此外，核技术还被应用于医学诊断、放射性同位素治疗、工业无损检测等领域。
核反应作为高考物理考试的一个重要知识点，需要我们深入理解和掌握。
高中物理 第5节裂变和聚变
4、聚变反应：由H H He n
2 1 3 1 4 2 1 0
2 2
1 1 2 0
E m c (m 2 H m3 H ) (m 4 He m 1 n) c
⑴聚变反应的特点： ①和核裂变相比，聚变反应释放的能量更多 ②聚变反应的材料丰富 ③聚变反应的产物基本上是稳定的核，没有放射性 因此安全、无污染。
3、核裂变链式反应
⑴铀核的裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变 裂变方程：
235 92
2
U n Kr Ba 3 n
1 0 92 36 141 56 1 0
2
E m c (mU mn) (mKr mBa 3 mn) c
⑵链式反应：一个核的裂变引发更多的核发生裂变，使裂变不断持 续下去，从而释放出巨大的能量 ⑶临界体积：能够发生链式反应的最小体积 ⑷核反应堆： ①燃料：浓缩铀235 ②减速剂：使快中子减速为慢中子（石墨、水） ③控制棒：能吸收慢中子，控制反应速度（镉棒）
第五节
裂变与聚变
1、核聚变：两个比铁轻的轻核聚合成一个较重的核时， 会释放能量，这种核反应叫做核聚变 2、核裂变：比铁重的一个核分裂成两个较轻的核时会 释放能量，这种核反应叫做核裂变 为什么轻核聚变会释放能量？ 因为中等大小的核的平均结合能一般较大，因此，无 论是轻核聚变还是重核裂变都会发生质量亏损。
⑵受控热核反应：人为地控制反应速度，在极高温下 发生的聚变反应
核物理学中的核聚变与核裂变知识点总结
核物理学中的核聚变与核裂变知识点总结核能是一种重要的能源形式，而核聚变与核裂变则是核能的重要产生方式。
本文将对核物理学中的核聚变与核裂变进行知识点总结，以帮助读者更好地了解和理解核能的产生与应用。
一、核聚变知识点1. 核聚变的定义与原理核聚变是指两个轻核合成一个重核的过程，其中轻核是指像氢和氦这样的元素。
核聚变的原理是通过高温和高压的条件，使轻核之间的原子核相互碰撞，克服库仑斥力，使得核力足够强大，从而实现核反应。
2. 核聚变的条件核聚变需要满足两个条件，即高温和高压。
高温可以使原子核加速运动，增加核反应的碰撞概率；高压则可以提供足够的能量，克服库仑斥力，使得核反应发生。
3. 核聚变的应用核聚变是太阳和恒星产生能量的主要方式，也是人类探索清洁能源的重要方向。
目前，科学家正在努力实现人工核聚变，以解决能源短缺和环境污染问题。
二、核裂变知识点1. 核裂变的定义与原理核裂变是指重核分裂成两个或多个轻核的过程，同时释放出大量能量。
核裂变的原理是通过中子轰击重核，使得重核不稳定，发生裂变，释放出中子和能量。
2. 核裂变的条件核裂变需要满足两个条件，即中子轰击和重核的不稳定性。
中子轰击可以使重核变得不稳定，进而发生裂变，释放出中子和能量。
3. 核裂变的应用核裂变是目前主要使用的核能产生方式，它被广泛应用于核电站的能源生产。
核反应堆通过控制核裂变过程，产生热能，再通过蒸汽发电机转化为电能。
此外，核裂变还被用于核武器的制造。
三、核聚变与核裂变的比较1. 能量产生核聚变是太阳等恒星的主要能量来源，产生的能量更高；而核裂变是目前人类广泛应用的能源产生方式，能量产量相对较低。
2. 反应过程核聚变是轻核合成重核的过程，生成的产物相对较轻；核裂变则是重核分裂成轻核的过程，生成的产物相对较重。
3. 反应条件核聚变需要极高的温度和压力，同时还需要长时间的维持；核裂变相对来说的温度和压力要求较低，反应速度较快。
4. 应用领域核聚变主要应用于清洁能源的研究与开发；核裂变主要应用于核电站和核武器制造领域。
重核的裂变和轻核的聚变
〓
聚变
〓
裂变
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。
2 1
H
21H23
He
01n
2 1
H
21H23
He11H
2 1
H31H42
He
01n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H
31H42
He
01
n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
〓
聚变
〓
裂变
铀核的裂变
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手 斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生 了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典 型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子， 其核反应方程是：
235 92
U+
1 0
n
→15461Ba
+
92 36
Kr+310
n
裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂 变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：
使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫 做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
原子弹
原子弹
“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万 吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气 压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地 面上形成一个巨大的弹坑．
在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿 色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的 动物全部死亡．
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 见教材P101
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： 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；
核物理学中的聚变反应过程
核物理学中的聚变反应过程聚变反应是一种在核物理学中非常重要的过程，它是太阳和恒星的能量来源。
聚变反应通过将两个轻核聚合成一个更重的核来释放能量。
在这篇文章中，我们将探讨聚变反应的基本原理、应用以及未来的发展。
1. 聚变反应的基本原理聚变反应是通过将两个轻核聚合成一个更重的核来释放能量。
在聚变反应中，核反应的发生是由于核内的质子和中子之间的相互作用。
当两个核靠近时，它们之间的库仑斥力将逐渐减小，而核力将逐渐增强。
当核力超过库仑斥力时，两个核将发生聚变反应。
2. 聚变反应的应用聚变反应在核能研究和能源生产中有着广泛的应用。
目前，聚变反应主要用于核能研究和核武器。
聚变反应也被认为是未来清洁能源的一个重要选择。
与核裂变不同，聚变反应不会产生长寿命的放射性废物，也不会产生大量的热辐射。
聚变反应的燃料是氘和氚，这些燃料在地球上非常丰富。
因此，聚变反应被认为是一种可持续、清洁的能源解决方案。
3. 聚变反应的挑战和未来发展尽管聚变反应具有巨大的潜力，但目前仍面临许多挑战。
首先，聚变反应需要非常高的温度和压力才能实现。
这需要耗费大量的能量来维持反应的条件。
其次，聚变反应需要有效地控制等离子体，以避免能量损失和反应失控。
此外，目前还没有找到有效的方法来将聚变反应转化为可用的电能。
为了克服这些挑战，科学家们正在进行大量的研究和实验。
目前，最有希望的聚变反应装置是托卡马克装置，它采用磁约束来控制等离子体。
此外，还有其他一些聚变反应的实验装置，如磁约束聚变实验装置（MFE）、惯性约束聚变实验装置（IFE）等。
这些实验装置的目标是实现可控的聚变反应，并将其转化为实用的电能。
未来，聚变反应有可能成为人类主要的能源来源。
它不仅可以解决能源短缺和环境污染的问题，还可以为人类提供持续、清洁的能源。
然而，要实现这一目标，还需要克服许多技术和工程上的挑战。
科学家们需要进一步研究和实验，以找到更有效的聚变反应装置，并解决聚变反应转化为电能的问题。
轻核聚变和重核裂变的产能效率
轻核聚变和重核裂变的产能效率核能是一种高能量产生方式，包括两种主要形式：核聚变和核裂变。
轻核聚变和重核裂变是这两种形式的代表。
这两种能源的产能效率是有很大不同的。
轻核聚变的产能效率相对比较高。
轻核聚变是指将两个轻原子核融合成一个更重的原子核的过程，这个过程中会释放出大量的能量。
在轻核聚变过程中，是利用很少量的氢燃料，通常是氘和氚，来产生能量。
氢燃料在聚变过程中会释放出高能粒子和能量。
这个能量时以辐射的形式释放出来的，被用来产生电能。
轻核聚变的产能效率是很高的。
因为这个过程中足够少的燃料就足以产生大量的能量，而且它所释放出的能量足够强大，可以大量的产生电能。
而轻核聚变释放的辐射也是相对于其他形式的核能所释放的辐射比较弱的，所以也比较安全。
不过，轻核聚变需要高温和高压力条件才能进行，这也是制约轻核聚变发展的主要因素。
与轻核聚变不同，重核裂变的产能效率相对较低。
这是因为重核裂变是指将重原子核分裂成几个较小的核的过程。
在这个过程中，会释放出大量的能量。
但是，重核裂变所需的燃料比较多，一般都是铀或钚等重金属。
要使它们产生裂变，需要特定的反应条件才可以。
在这个过程中产生的大量热量会被用来产生电能。
与轻核聚变相比，重核裂变的产能效率相对较低。
这是因为需要的燃料比较多，而且这个过程中产生的放射性废料相对比较多。
这些放射性废料对环境和健康造成一定的影响，需要特性处理和处置。
此外，重核裂变在核电站中的应用有一定的安全隐患，如超温爆炸等等。
总结来说，轻核聚变和重核裂变的产能效率不同。
轻核聚变效率高，安全性高，但是技术难度较高，需求技术水平支持；重核裂变效率相对较低，且危险性比较高，但是在成熟技术和严格防控下可以实现安全发电。
未来，随着技术的不断提升，这两种核能形式最终的产能效率和安全性也会不断提高。
高中物理之核聚变知识点
高中物理之核聚变知识点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。
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习题解析1. BD2. D。
高三物理轻核的聚变
H H He n
3 1 4 2 1 0
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
m m D mT ( m mn ) 0.018884 u
E mc 0 .01884 931 .5 MeV E 17.59MeV
第七节、核聚变
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
核子平均质量
D E F A
C O
B Z
Fe 核子的平均质量与原子序数之间的关系
一、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， 释放出核能的反映叫做聚变． 〓 聚变
4 2 1 0
Ｕ235
氘、氚
2 1
H H He n
3 1
氢弹爆炸形成的磨姑云
二、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.
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 见教材P101
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： 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；
磁场约束
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有： 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 气体密度的几离达到10-15m 实现的方法有: 1、用加速器加速原子核；
轻核的聚变
轻核的聚变
1．聚变
轻原子核(原子量M＜30)聚合成较重的原子核的现象，称为聚变．
聚变方程如：
2．聚变的条件
(1)核外电子能完全与原子脱离；
(2)原子核有足够的动能，能克服相互间库仑斥力，在互相碰撞中使它们接近到10-15m的作用范围内．
3．热核反应
为了使轻的原子核发生聚变，必要的条件是加热至几百万度以上，所以，聚变反应又叫热核反应．例1 4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子．写出聚变核
反应方程，并算出在这次聚变中能放出多少能量，已知m n=1.007825u，
分析聚变反应中也遵循质量数守恒和电荷数守恒．由反应中的质量亏损，用质能方程即可算出释放的能量．
解答聚变反应式为
核反应中的质量亏损为
△m=4m H-(m He+2m e)
×1.007825)u=0.0276u，
所以释放的核能为
△E=△mc2=0.0276uc2=0.0276×931.5MeV=25.71MeV．例2 如果1g氢完全聚变，根据上题的数据，可放出多少能量？相当于多少燃烧值2.93×107J/kg的煤所释放的能量？
分析根据1g氢中含有的氢核个数，可知能聚合成多少氦，利用上题数据就可算出释放的能．用它除以煤的燃烧值，即得煤的质量数．
解答1g氢中含有的氢核数为
由于每4个氢核聚变能放出25.71MeV能量，所以1g氢含有的氢核完全聚变放出的能量为
=3.8713×1024MeV
=6.19×1011J
相当于需燃烧煤的质量数为
=21.1t．
说明由计算可知，聚变所释放的能量更大，这正是氢弹比原子弹更具威力的原因．。
12.8 轻核聚变
练习
1. 为什么重核裂变或轻核聚变时，会放出大量的能量 来？
2 1
H
3 1
Hபைடு நூலகம்
4 2
He
1 0
n
二、热核反应
要使轻核聚变，必须使他们的距离很近，达到10-15m 的近距离。由于原子核是带正电的，要使它们接近到这种 程度，必须克服巨大的库仑力。这就要使原子核具有很大 动能，通常通过加热来实现。因此，聚变反应又叫热核反 应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自 身的热就可以使反应进行下去。
热核反应在宇宙中是很普遍的。太阳就无时无刻不在 进行着激烈的热核反应。但是目前除了氢弹以外，人们还 不能聚变反应。
三、受控热核反应
由于热核反应比裂变反应释放的能量大得多，对环境 的污染也远小于裂变的影响，而且用于热核反应的燃料— —氘，广泛存在于自然的水中，提取方便。如果热核反应 能够控制，将永远造福人类。
2. 什么叫做链式反应？什么叫做热核反应？它们都是 在什么条件下发生的？
3. 慢中子反应堆是由哪几个重要部分组成的？各部分 的作用是什么？
12. 8 轻 核 聚 变
轻核聚变 热核反应 受控热核反应
一、轻核聚变 当两个轻原子核结合成一个较重的原子核时，也会释 放能量。我们称这种结合为轻核聚变，放出的能量称为聚 变能。 在人工控制下的聚变为受控聚变，在受控聚变的情况 下释放能量的装置，称为聚变反应堆或聚变堆。
轻核聚变,重核裂变
轻核聚变轻核裂变:1、聚变：聚变把轻核合成质量较大的核，释放出核能的反应。
2、轻核的聚变：。
3、可控热核反应①热核反应：使轻核发生聚变时，必须使它们的距离十分接近，达到10-15m的近距离。
所以可以通过高温（几百万摄氏度）剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够的动能克服相互间的斥力，相互碰撞时发生聚变。
可见聚变反应需要高温，所以又叫热核反应。
②可控热核反应与裂变相比的优点：释放能量大；无放射性物质；燃料丰富。
③太阳向外辐射大量的能量是靠太阳内部进行的热核反应产生的。
重核裂变重核裂变:1、裂变：把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应。
2、铀核的裂变：3、链式反应：一般说来，铀核的裂变时总是要放出2~3个中子这些种子又会引起其他的铀核裂变，这样裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的能量。
在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。
4、核反应堆：慢中子反应堆、快中子增殖反应堆核反应堆是一种实现可控链式反应的装置，它可以使堆内的链式反应以一定的强度进行下去，从而稳定地释放核能。
根据反应堆的工作原理，主要可分为两类：慢中子反应堆，它是目前广泛应用的实用核反应堆；快中子增殖反应堆，它属于目前正在研究和实验的核反应堆。
判断核反应类型的方法：核反应方程的常见类型有：衰变、人工转变、裂变和聚变。
判断某核反应方程是哪种类型的核反应时，应紧抓该类型核反应的定义，从方程式的特征上区分。
(1)重核俘获一个中子后分裂为n个中等质量核的反应过程，称为裂变。
裂变方程的重要特征是“→”前有一个中子和一个重核，“→”后有两个或两个以上的中等质量的核。
(2)把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变，又称热核反应。
聚变方程的特征是“→”前有两个或两个以上的质量很小的核，“→”后是一个质量稍大些的核，有的聚变中可能还会放出一个质子或一个中子、正负电子等。
(3)人工转变通常是指某原子核在α粒子(或其他粒子)的轰击下，转变为一个新核的核反应。
高二物理氢核聚变
吸收能量 核 反 应 放出能量
核子结合成原子核
有些重核分裂成中等质量的核 有些轻核结合成中等质量的核
轻核的聚变 核子平均质量
聚变
Байду номын сангаас裂变
D E F A
C O
B Z
Fe 核子的平均质量与原子序数之间的关系
轻核的聚变
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， 释放出核能的反映叫做聚变．
〓 聚变
〓
裂变
在消耗相同质量的核燃料时， 聚变比裂变能释放更多的能量．
轻核的聚变
例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核 （同时放出一个中子）时，释放17.6MeV的能量， 平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反 应中平均每个核子释放的能量大3～4倍．这时的核 反应方程式是：
2 1 3 1 H 1 H 4 He 2 0 n + 17.6MeV
因此只要有了氘核和适当的装置，运用三个 氘核便可以得到大约21.6MeV的能量：
2 1 3 H 12 H 1 H 1 1H
2 1 3 1 H 1 H 4 2 He 0 n
轻核的聚变
如何能使轻核具有较大的动能呢
1、必须让轻核的距离非常接近
需要克服极大的库仑斥力
2、必须让轻核具有很大的动能
10 15 m
Ek 1
Ek 2
轻核的聚变
如何能使核聚变反应发生呢
可以将轻核加热到很高的温度
当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧 烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够 的动能，可以克服相互之间的库仑斥力，在 碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核 反应．
可控热核反应
高一物理氢核聚变
因此只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘 核便可以得到大约21.6MeV的能量：
2 1
H H H H
2 1 3 1 1 1
2 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
轻核的聚变
如何能使轻核具有较大的动能呢
1、必须让轻核的距离非常接近
需要克服极大的库仑斥力
2、必须让轻核具有很大的动能
〓 聚变
〓
裂变
在消耗相同质量的核燃料时，聚变比裂变能释 放更多的能量．
轻核的聚变
例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核 （同时放出一个中子）时，释放17.6MeV的能量， 平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反 应中平均每个核子释放的能量大3～4倍．这时的核 反应方程式是：
2 1 3 1 H 1 H 4 He 2 0 n + 17.6MeV
10 15 m
Ek 1
Ek 2
轻核的聚变
如何能使核聚变反应发生呢
可以将轻核加热到很高的温度
当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧 烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够 的动能，可以克服相互之间的库仑斥力，在 碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核 反应．
可控热核反应
热核反应 相同的核燃料释放的能量多 反应中放射物质的处理较易
裂变反应
反应中的核燃料资源较丰富 核反应发生条件较易实现
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都不想傅府的少妇，更像是女侠。“那夫人请讲”我身在牢里，水胖也被超级明显的支开了，无奈的我也只能答应了。“我知 道你去过傅家的禁地之林，想必你也见过傅烨。我要可以让你和你的家丁兄弟都从牢里出来，但是你必须答应帮我办一件事， 今晚亥时傅烨将去到景隆镇以西十五里远的河边，你替我跟踪她”琳夫人说话直接并直奔主题。等等，信息量太大我一时接受 不过来，心中有N个问题要问这个琳夫人。首先景隆镇在哪里，你又是怎么知道我去过禁地之林，难道你也在？不对，我这种 弱鸡你是知道的，动不动就晕倒起不来，让我去跟踪武艺不知深浅的傅烨，岂不是叫我送死？傅烨可是和想取傅宗哲人头的神 秘人的伙伴啊，这我得死多少回？千丝万缕还在脑海中打转的时候，琳夫人问我，道，“有任何疑惑吗？”我我那么，“请问 夫人，亥时是啥时候啊？”哎，明明有众多问题想问，到最后却问了一个最傻的问题。琳夫人听后，差点笑出声来，打趣到， “听小琴说，新来的家丁是个有趣的人，常常讲话让人捉摸不透，看来这是真的。”什么？琳夫人居然和小琴是认识的，而且 聊天的内容都涉及到这些了。她们俩又是什么关系呢？还没等我消化完琳夫人这句话，琳夫人又接着道，“和你交谈后，我觉 得让你做这件事情是最合适不过的了。你甭管亥时是什么时辰，今晚我会让你暂时从这里出来，到时候就是你所问的亥时了。” 说罢，琳夫人就转身离开了。离开的样子完全就不像是那种少妇人的大腹便便，而是带着更轻盈的脚步。虽说我现在被关在牢 里，但是我一点都不觉得被关在牢里是多惨的了，毕竟现在被放出去会变得更惨，好一点的就是被一刀毙命，不好的话就是身 首异处。在我看过这么多古装武侠电视剧中，各路武侠大侠女侠都是身怀绝技，杀起人来完全违反物理学原理，甚至还可以创 造出一种看不见的杀人物质，让一个人瞬间毙命。命运即使如此，那就来之安之吧。而且刚才的谈话，也让我更了解琳夫人了， 如果我猜测没错的话，她应该不是一般的少夫人，而是一位江湖女子，不然怎么会谈论到傅烨这种习武之人呢；其次她也应该 不是一个很会受礼教给约束的人，给人如此亲切的感觉让我觉得下人们和她是平等的。水胖吃完之后便对我说，觉得困了，说 罢躺下就睡着了，他不知晓今晚我这个妇联可以要用生命来换取自由啊！也罢，说起来都是我自己闯的祸，所以还是我自己承 担吧。不知道过了多久，我迷迷糊糊的觉得很困，也渐渐的闭上双眼睡了起来。等我再一次醒来的时候，我是被冷醒的勉强的 睁开双眼后，发现四肢无力，嘴里还残留苦苦的涩味，难道我是被灌了什么迷魂药才被带去来的？这也太粗犷了吧，一点都不 会心疼人。也罢，被带到一个陌生的地方，还是
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一. 本周教学内容：轻核的聚变
二. 知识要点：
1. 了解轻核的聚变特点，知道可控热核反应，知道热核反应及其应用。
2. 本章知识网络
三. 疑难辨析：
1. 核物理学中把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做轻核的聚变、简称聚变。
聚变放出核能的原因是原子序数很小的轻核（质量数小于30）结合成一个原子序数大些的核时，会有质量亏损，因而放出核能。
使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达到10－15m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。
这就需要原子核有足够的动能，有一种办法，就是把它加热到几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应。
热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
热核反应与核裂变反应相比具有以下优越性：① 就相同质量的核燃料而言，热核反应释放的核能比裂变反应大得多；② 裂变时产生的放射性物质，由于放射性强、半衰期大，处理起来比较困难，而热核反应在这方面的问题要简单得多；
③ 就核燃料的储量而言，热核反应所用的燃料氘，在地球上的储量非常丰富。
2. 利用人工方法控制的热核反应称为可控热核反应。
太阳辐射的能量来自太阳内部的热核反应。
氢弹的工作原理也是热核反应。
3. 本章知识网络
【典型例题】
[例1] 一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子的质量为< style= > =1.0073u，中子质量为解：
（1）聚变方程为
（2）质量亏损Δm=mH 2mn－m＝（1.0073 2×1.0087－3.0180）u=0.0067u 释放的核能ΔE=Δmc2＝0.0067×931.5MeV≈6.24MeV
（3）平均每个核子放出的能量为
B.
解：由定义可知，A、C正确
[例3] 甲、乙两个原来静止的原子核在匀强磁场中衰变后的运动轨迹分别如图中的（甲）和（乙）所示。
（1）哪一个是衰变?哪一个是粒子的径迹？哪一个是粒子的径迹？
（3）如果甲图中轨道半径之比为，求发生衰变的原子核的原子序数为多少？
衰变，图（乙）是粒子的径迹，②是粒子的径迹；（3）90
[例4] 在慢中子反应堆中，用石墨作减速剂，将铀核裂变产生的快中子变成慢中子。
若初速度为v0的中子与碳原子发生弹性正碰，且碳原子在碰撞之前是静止的，求中子与n个碳原子核发生碰撞后的速度。
（已知碳核的质量是中子的12倍）
【模拟试题一】（答题时间：30分钟）
1. 下列关于核聚变的说法中，正确的是（）
A. 要使聚变产生必须克服库仑力做功
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
2. 1994年3月，中国科学技术大学研制成功了比较先进的HT?D7型超导托卡马克。
托卡马克（Tokamak）是研究受控核聚变的一种装置。
这个词是 torodal（环形的）、kamera（真空室）、magnit（磁）的头两个字母以及katushka（线圈）的第一个字母组成的缩写词。
根据以上信息，下述判断中可能正确的是（）
A. 核反应原理是氢的原子核在装置中聚变成氦核，同时放出大量的能量，和太阳发光的原理类似
B. 线圈的作用是通电产生磁场使氘核等带电粒子在磁场中旋转而不溢出
C. 这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所用核装置的核反应原理相同
D. 这种装置可以控制热核反应的速度，使聚变能缓慢而稳定地释放
3. 两个氘核聚变产生一个中子和?D个氦核，已知1个氘核质量为mD=2.0136u，
氦核质量＝0.35MeV。
它们正面对撞发生核聚变，且反应之后释放的核能全部转变为动能。
则反应后产生的氦核和中子的动能各是多少？
4. 太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为氦核的热核反应。
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）这一核反应释放出的能量有多少焦；
（3）太阳的质量每秒减少多少千克；
（4）若太阳质量减少，热核反应就不能继续发生，计算太阳还能存在多少年。
（已知太阳向空间辐射的总功率为3.8×1026W，太阳的质量为
2×1030kg，mp＝1.008142u，=0.000548u）
【模拟试题二】（答题时间：40分钟）
一. 选择题：
1. 下列关于原子和原子核的说法中，正确的是（）
A. 卢瑟福的粒子散射实验说明了原子具有核式结构
B. 爱因斯坦提出了质能方程，从而可计算出核能
C. 氕、氘、氚核中具有相同的中子数和不同的质量数，所以是氢的同位素
D. 氢原子辐射一个光子后，氢原子的电势能减少，核外电子的动能增加
2. 下列说法中正确的有（）
A. 我们无法改变放射性元素的半衰期，除非把它变成另外一种元素的同位素
B. 氡的半衰期为3.8天，若有4个氡核，经过3.8天就剩下2个氡核
C. 放射性同位素的化学性质和半衰期都相同
D. 氡的半衰期为3.8天，若有4克氡，经过3.8天就剩下2克氡
3. 在粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时粒子符合下列哪种情况（）
A. 动能最小
B. 势能最小
C. 粒子与金原子核组成的系统的能量最大
D. 所受的原子核的核力最大
4. 下面说法中正确的是（）
① 粒子不同于氦原子核；
④ 粒子的强。
A. ②、①
B. ①、③
C. ②、④
D. ①、④
5. 光子的能量为，动量大小为光子，则衰变以后的原子核（）
A. 仍然静止
B. 沿着与光子运动方向相同的方向运动
C. 沿着与光子运动方向相反的方向运动
D. 可能沿任何方向运动
二. 填空题：
6. ，其中的核外电子数为，衰变产物
静止，根据云室照片可以看出，衰变产物和，那么衰变过程将违背守恒定律。
（3）俘获一个速度为2.3×107m／s的中子生成一个复核X，X又衰变成Y、Z两个新核，设Y、Z的速度方向与中子的速度方向相同。
Y的质量是中子
的11倍，速度是1×106m／s，Y、Z在同一匀强磁场中做匀速圆周运动的半径之比为RY：RZ＝11:30。
求：
（1）X核的速度大小；
（2）根据计算判断Z是什么核；
（3）写出核反应方程式。
9. 云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，?D个静止的质量为M的原子核在云
室中发生一次衰变，粒子的质量为m，电荷量为q，其运动轨迹
在与磁场垂直的平面内。
现测得粒子运动的轨道半径为R，试求在衰变过程中的质量亏损。
（涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计，且放出的核能全部转化为粒子的动能）
10. 已知太阳每秒辐射出3.8×1026J的能量，问：
（1）太阳每秒损失的质量为多少?
（2）假设太阳放射出的能量由“燃烧氢”的核反应为中微子，中微子是一种质量远小于电子质量、穿透率极强的中性粒子。
试计算地球上在与太阳光垂直的每平方米的面积上每秒有多少中微子到达。
（3）假设原始的太阳全部由和电子组成，且仅有10％的可供燃烧，试估算太阳的寿命。
已知太阳质量M0=2.0×l030kg。
质子质量mp=1.7×10－27kg，日地距离R=1.5×1011m。
1. A、B、D
2. A、D
3. A
4. C
5. C
7. 5.03×l0－29 8.（1）3×106m/s；（2）Z核是
10..（1）4.2×109kg；（2）6.0×1014个；（3）3.5×1017s
【励志故事】
沉静?D?D思考?D?D判断?D?D成功
从前有位地主巡视谷仓时，不慎将一只名表遗失，因遍寻不获，便定下赏金，要农场上的小孩帮忙寻找，谁能找到手表，奖金500美元。
众小孩在重赏之下，无不卖力搜寻，奈何谷仓内到处都是成堆的谷粒和稻草，大家忙到太阳下山仍无所获，结果一个接着一个都放弃了。
只有一个贫穷小孩，为了那笔巨额奖金，仍不死心地寻找。
当天色渐黑，众人离去，杂沓人声静下来之后，他突然听到一个奇怪的声音。
那声音“滴答、滴答”不停地响着，小孩立刻停下所有的动作，谷仓内更安静了，滴答声也响得更为清晰。
小孩循着声音，终于在诺大漆黑的谷仓中找到了那只名贵手表。
“静坐无所为，春来草自青。
”
惟有让流水平静下来，太阳和月亮才能在它的表面上显现倒影。
当人沉静下来，才能看出所有干扰清晰思考，蒙蔽真实感情，影响智慧判断，以及阻碍自己找到答案的问题所在。
在自己的内心保留一处梦想可以停驻的宁静地方。