7 核聚变 (3)
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§19.7 核聚变
太湖县弥陀中学 王岭平
1938年，美国物理学家汉斯·贝特（1967年诺贝尔物理
学奖得主）晚上和女朋友出去散步，女生说：“天上的星星
好美呀！”贝特说：“是的，然而现在我是世上唯一知道它
们为什么发光的人”。
——《费曼物理学讲义》
一、核聚变 1．定义 轻原子核 结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称 为核聚变（nuclear fusion）。
答案：C
ห้องสมุดไป่ตู้
谢谢指导！
离 10－15m，这就要求原子核应具有足够的动能，方法是给原
子核加热，使其达到几百万摄氏度的高温。
答案：C
4．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是
()
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量大
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加 解析：在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，
但平均每个核子释放的能量一定大，故 A 错误，B 正确；由
于聚变反应形成中等质量原子核，则比结合能增加，核反应
质量发生亏损，故 C、D 错误。 答案：B
5．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦 3)，它是一种高效、清洁、 安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He＋ 32He―→211H＋42He。关于32He 聚变下列表述正确的是( ) A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核 C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用聚变反应发电 解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核， 聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量，但目前核电 站都采用铀核的裂变反应。 答案：B
原子弹 → 氢弹
美国约7年零4个月 前苏联约4年
我国2年零8个月
说明：热核反应在宇宙中是很普遍的 太阳内部温度高达 107 开尔文以上，在那里进行着激烈的热核
反应，并不断向外界释放出巨大的能量，太阳每秒钟辐射出来的 能量约 3.8×1026J ，而地球只接收其中的二十亿分之一，这样就能 让地面温暖，万物复苏。
〓
核聚变
思考：聚变反应为什么是释放核能？
思考 1：聚变比裂变反应放出更多能量的原因？
平均每个核子释放能量较多，是裂变反应的 3～4 倍。如一个氚核和一个氘核结合
成一个氦核时放出能量 17.6 MeV，平均每个核子放出能量约 3.5 MeV；而铀 235 裂变时，
平均每个核子放出能量为 1 MeV。
()
A.147N＋42He→187O＋11H B.23952U＋10n→3980Sr＋13564Xe＋1010n C.23982U→23940Th＋42He D.21H＋31H→42He＋10n 解析：“两弹”指原子弹和氢弹，它们的核反应属于重
核的裂变与轻核的聚变，故应选 B、D。
答案：BD
8．EAST 装置是中国耗时 8 年、耗资 2 亿元人民币自主设计、
为 ΔE2，即
ΔE2＝1203050×6.02×1023×200 MeV≈5.12×1032 eV，
得：ΔΔEE12≈4.1
2.核聚变发生的条件：
微观上：使得原子核接近10-15m 宏观上：使物体达到几百万开尔文的高温
（聚变反应又称为热核反应）
氢弹的原理和主要结构
中国第一颗氢弹
（原子弹是氢弹的导火线）
思考 2：同等质量（1kg）轻核聚变与重核裂变释放能量之比？
同样质量的情况下，轻核的核子个数多，如氘和氚总共 1 kg（1：1）聚变为氦时放
出的能量为 ΔE1，则
ΔE1＝
×6.02×1023×17.6 MeV＝2.12×1033 eV。
假设一个铀核裂变时平均放出的能量为 200 MeV，则 1 kg 铀核全部裂变时放出能量
核，所以是有条件的。
答案：BD
2．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核 反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。(mp＝1.007 3 u，mα＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u)
(1)写出这个核反应方程。 (2)这一核反应释放出多少能量？ [解析] (1)核反应方程是 411H―→24He＋201e。 (2)这一核反应的质量亏损是 Δm＝4mp－mα－2me＝0.026 6 u， ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV。 [答案] (1)见解析 (2)24.78 MeV
C．0.5NA×3.26 MeV
D．NA×3.26 MeV
解析：根据核反应方程可知，两个氘核聚变释放的能量为
3.26 MeV，那么 2 g 氘核(即 1 mol 氘核)聚变释放的能量为
0.5NA×3.26 MeV，所以 C 正确。 答案：C
9．(北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为 m1、m2 和 m3，
D．①是 β 衰变，②是聚变，③是裂变 解析：①中的－01e 是 β 粒子,故发生的是 β 衰变，②是重核分 裂成质量较小的核,是裂变,③是典型的聚变,所以 C 正确。
答案：C
7．钱学森被评为“2007 感动中国十大人物”，他参与了我国第
一颗原子弹和第一颗氢弹的研制工作。下列核反应方程中属
研究两弹的基本核反应方程式的是
大3～4倍 核废料处
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 理难度
1．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地进行
D．聚变反应必须使核之间的距离接近 10－15 m
解析：聚变反应时有质量亏损，所以会向外界放出能量。聚变
必须使核之间的距离接近 10－15 m，才能发生聚变反应生成新
当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c 表
示真空中的光速)
()
A．(m1＋m2－m3)c
B．(m1－m2－m3)c
C．(m1＋m2－m3)c2
D．(m1－m2－m3)c2
解析：根据质量方程 ΔE＝Δmc2 知，核反应过程中释放的
能量等于质量的减少量与光速 c 平方的乘积，C 正确，A、
B、D 错误。
二、受控热核反应 思考：实现受控热核反应的困难和解决方案是什么?
难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。 方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流 器是目前性能最好的一种磁约束装置。
环流器结构图
英国的欧洲联合环流器
我国在可控热核反应方面的研究和实验处于世界领先水平 East世界首个实现稳态高约束模式的环流器
核聚变较核裂变的优越性 (1)相同质量的燃料下，放出的能量更多。 (2)生成的核废料少，安全、清洁、易处理。 (3)地球上聚变燃料储量非常丰富。
重核裂变与轻核聚变的区别
重核裂变
轻核聚变
重核分裂成两个或多个 两个轻核结合成质量较
放能原理 中等质量的原子核 ，放 大的原子核，放出核能
出核能
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要 放能多少
6．现有三个核反应：
①2114Na―→2142Mg＋－01e ②23952U＋10n―→14516Ba＋9326Kr＋310n ③21H＋31H―→42He＋10n
下列说法正确的是
()
A．①是裂变，②是 β 衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是 β 衰变
C．①是 β 衰变，②是裂变，③是聚变
自主建造而成的，它成为世界上第一个建成并真正运行的全
超导非圆截面核聚变实验装置。已知两个氘核聚变生成一个
氦－3 和一个中子的核反应方程是
221H―→32He＋10n＋3.26 MeV
若有 2 g 氘全部发生聚变，则释放的能量是(NA 为阿伏加德
罗常数)
()
A．0.5×3.26 MeV
B．3.26 MeV
写核聚变反应方程与其他核反应方程一样，仍需要 遵守质量数守恒和电荷数守恒的原则，放出核能的计算 仍要根据爱因斯坦质能方程求解。
3．发生热核反应的办法有
()
A．用中子轰击
B．保持室温环境、增大压强
C．把物体加热到几百万摄氏度以上
D．用 γ 光子照射
解析：要发生热核反应，必须使轻核接近核力发生作用的距
太湖县弥陀中学 王岭平
1938年，美国物理学家汉斯·贝特（1967年诺贝尔物理
学奖得主）晚上和女朋友出去散步，女生说：“天上的星星
好美呀！”贝特说：“是的，然而现在我是世上唯一知道它
们为什么发光的人”。
——《费曼物理学讲义》
一、核聚变 1．定义 轻原子核 结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称 为核聚变（nuclear fusion）。
答案：C
ห้องสมุดไป่ตู้
谢谢指导！
离 10－15m，这就要求原子核应具有足够的动能，方法是给原
子核加热，使其达到几百万摄氏度的高温。
答案：C
4．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是
()
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量大
C．聚变反应中粒子的比结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加 解析：在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，
但平均每个核子释放的能量一定大，故 A 错误，B 正确；由
于聚变反应形成中等质量原子核，则比结合能增加，核反应
质量发生亏损，故 C、D 错误。 答案：B
5．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦 3)，它是一种高效、清洁、 安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He＋ 32He―→211H＋42He。关于32He 聚变下列表述正确的是( ) A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核 C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用聚变反应发电 解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核， 聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量，但目前核电 站都采用铀核的裂变反应。 答案：B
原子弹 → 氢弹
美国约7年零4个月 前苏联约4年
我国2年零8个月
说明：热核反应在宇宙中是很普遍的 太阳内部温度高达 107 开尔文以上，在那里进行着激烈的热核
反应，并不断向外界释放出巨大的能量，太阳每秒钟辐射出来的 能量约 3.8×1026J ，而地球只接收其中的二十亿分之一，这样就能 让地面温暖，万物复苏。
〓
核聚变
思考：聚变反应为什么是释放核能？
思考 1：聚变比裂变反应放出更多能量的原因？
平均每个核子释放能量较多，是裂变反应的 3～4 倍。如一个氚核和一个氘核结合
成一个氦核时放出能量 17.6 MeV，平均每个核子放出能量约 3.5 MeV；而铀 235 裂变时，
平均每个核子放出能量为 1 MeV。
()
A.147N＋42He→187O＋11H B.23952U＋10n→3980Sr＋13564Xe＋1010n C.23982U→23940Th＋42He D.21H＋31H→42He＋10n 解析：“两弹”指原子弹和氢弹，它们的核反应属于重
核的裂变与轻核的聚变，故应选 B、D。
答案：BD
8．EAST 装置是中国耗时 8 年、耗资 2 亿元人民币自主设计、
为 ΔE2，即
ΔE2＝1203050×6.02×1023×200 MeV≈5.12×1032 eV，
得：ΔΔEE12≈4.1
2.核聚变发生的条件：
微观上：使得原子核接近10-15m 宏观上：使物体达到几百万开尔文的高温
（聚变反应又称为热核反应）
氢弹的原理和主要结构
中国第一颗氢弹
（原子弹是氢弹的导火线）
思考 2：同等质量（1kg）轻核聚变与重核裂变释放能量之比？
同样质量的情况下，轻核的核子个数多，如氘和氚总共 1 kg（1：1）聚变为氦时放
出的能量为 ΔE1，则
ΔE1＝
×6.02×1023×17.6 MeV＝2.12×1033 eV。
假设一个铀核裂变时平均放出的能量为 200 MeV，则 1 kg 铀核全部裂变时放出能量
核，所以是有条件的。
答案：BD
2．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核 反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。(mp＝1.007 3 u，mα＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u)
(1)写出这个核反应方程。 (2)这一核反应释放出多少能量？ [解析] (1)核反应方程是 411H―→24He＋201e。 (2)这一核反应的质量亏损是 Δm＝4mp－mα－2me＝0.026 6 u， ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV。 [答案] (1)见解析 (2)24.78 MeV
C．0.5NA×3.26 MeV
D．NA×3.26 MeV
解析：根据核反应方程可知，两个氘核聚变释放的能量为
3.26 MeV，那么 2 g 氘核(即 1 mol 氘核)聚变释放的能量为
0.5NA×3.26 MeV，所以 C 正确。 答案：C
9．(北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为 m1、m2 和 m3，
D．①是 β 衰变，②是聚变，③是裂变 解析：①中的－01e 是 β 粒子,故发生的是 β 衰变，②是重核分 裂成质量较小的核,是裂变,③是典型的聚变,所以 C 正确。
答案：C
7．钱学森被评为“2007 感动中国十大人物”，他参与了我国第
一颗原子弹和第一颗氢弹的研制工作。下列核反应方程中属
研究两弹的基本核反应方程式的是
大3～4倍 核废料处
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 理难度
1．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地进行
D．聚变反应必须使核之间的距离接近 10－15 m
解析：聚变反应时有质量亏损，所以会向外界放出能量。聚变
必须使核之间的距离接近 10－15 m，才能发生聚变反应生成新
当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c 表
示真空中的光速)
()
A．(m1＋m2－m3)c
B．(m1－m2－m3)c
C．(m1＋m2－m3)c2
D．(m1－m2－m3)c2
解析：根据质量方程 ΔE＝Δmc2 知，核反应过程中释放的
能量等于质量的减少量与光速 c 平方的乘积，C 正确，A、
B、D 错误。
二、受控热核反应 思考：实现受控热核反应的困难和解决方案是什么?
难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温。 方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流 器是目前性能最好的一种磁约束装置。
环流器结构图
英国的欧洲联合环流器
我国在可控热核反应方面的研究和实验处于世界领先水平 East世界首个实现稳态高约束模式的环流器
核聚变较核裂变的优越性 (1)相同质量的燃料下，放出的能量更多。 (2)生成的核废料少，安全、清洁、易处理。 (3)地球上聚变燃料储量非常丰富。
重核裂变与轻核聚变的区别
重核裂变
轻核聚变
重核分裂成两个或多个 两个轻核结合成质量较
放能原理 中等质量的原子核 ，放 大的原子核，放出核能
出核能
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要 放能多少
6．现有三个核反应：
①2114Na―→2142Mg＋－01e ②23952U＋10n―→14516Ba＋9326Kr＋310n ③21H＋31H―→42He＋10n
下列说法正确的是
()
A．①是裂变，②是 β 衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是 β 衰变
C．①是 β 衰变，②是裂变，③是聚变
自主建造而成的，它成为世界上第一个建成并真正运行的全
超导非圆截面核聚变实验装置。已知两个氘核聚变生成一个
氦－3 和一个中子的核反应方程是
221H―→32He＋10n＋3.26 MeV
若有 2 g 氘全部发生聚变，则释放的能量是(NA 为阿伏加德
罗常数)
()
A．0.5×3.26 MeV
B．3.26 MeV
写核聚变反应方程与其他核反应方程一样，仍需要 遵守质量数守恒和电荷数守恒的原则，放出核能的计算 仍要根据爱因斯坦质能方程求解。
3．发生热核反应的办法有
()
A．用中子轰击
B．保持室温环境、增大压强
C．把物体加热到几百万摄氏度以上
D．用 γ 光子照射
解析：要发生热核反应，必须使轻核接近核力发生作用的距