高中物理 19.7 核聚变课件 新人教版选修35
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§7 核 聚 变
学习目标
1. 知道聚变的概念，知道太阳能是热核聚变释放的核能； 2. 知道聚变（热核反应）的条件和优点； 3. 知道海洋中拥有巨大的聚变资源，知道研究受控热核 反应的重大意义。
设计思路
当今世界，环境问题日趋严重，人们在提高生活品质的同 时，也在对能源可持续发展提出了严峻的考验。
通过让学生自己阅读课本，让他们知道核聚变反应的特点 及聚变反应的条件，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问 题的能力。
由能的转化和守恒定律知 EkU + Ekα = ΔE - 0.09 MeV= 4.266 MeV
pU = pα
Ek
1 2
m 2
p2 2m
α 粒子的动能为
——核聚变的利用
可控热核反应可以为人类提供巨 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。2009年6月 11日，位于成都的核工业西南物理研 究院宣布，该院在受控核聚变实验装 置——中国环流器二号A装置上首次实 现了偏滤器位形下高约束模式运行。
由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得
RU
mUU
qU B
，Rα
mαα
qα B
联立解得：RU qα 2 1 RU qU 92 46
（2）核反应中释放的核能为 ΔE = Δmc2 = (238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5 MeV = 4.356 MeV
（3）轻聚变更为安全、清洁
（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放 射性的。废物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他物质 反应生成的发射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少， 容易处理）
2. 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 体密度的几万分之一
新课讲授
氘核
氦-4
氚核 中子
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。
4 2
He
2 1
H
3 1
H
2 1
H
2 1
H
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H
3 1
H
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He
1 0
n
1 0
n
3 2
He
2 1
H
2 1
H
3 2
He
1 0
n
1 0
n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H
3 1
平均每个核子放出的能量在 3 MeV以上，比裂变反应中平均每个核子 放出的能量大3 ~ 4倍。
发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到 10-15 m以内 （原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）
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 不经济
聚变反应又叫热核反应
这是我国磁约束聚变实验研究史 上具有里程碑意义的重大进展，标志 着中国磁约束聚变能源开发研究综合 实力与水平有了新的提高。
中国环流器二号A装置
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
（每升水中就含有 0.03 g 氘，地球上有 138.6 亿亿立方米的 水，大约有 40 万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂 储量有2000 亿吨）
核聚变的利用——氢弹
弹体
普通炸药 小 型
铀 235
原
子
外壳
弹
氘、氚、重 氢化钾等
引爆装置
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1 0
nLeabharlann 氢弹爆炸形成的蘑菇云核聚变普遍存在于宇宙中
典例探究
（2）由题给条件可求得质量亏损为： Δm = 2×2.0136 u－(3.0150 + 1.0087) u = 0.0035 u 释放的核能为： ΔE = Δmc2 = 0.0035×931.5 MeV= 3.26 MeV
H
4 2
He
1 0
n
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 mD mT (mα mn ) 0.018884u
E mc2 0.018884 931.5 MeV 17.59 MeV
3. 实现核聚变的两种方案
（1）磁约束
带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可
能利用磁场来约束参加反应的物质。
环流器的结构
惯性约束聚变激光
（2）惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完 成了核反。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质， 使它们“挤”在一起发生反应
学习目标
1. 知道聚变的概念，知道太阳能是热核聚变释放的核能； 2. 知道聚变（热核反应）的条件和优点； 3. 知道海洋中拥有巨大的聚变资源，知道研究受控热核 反应的重大意义。
设计思路
当今世界，环境问题日趋严重，人们在提高生活品质的同 时，也在对能源可持续发展提出了严峻的考验。
通过让学生自己阅读课本，让他们知道核聚变反应的特点 及聚变反应的条件，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问 题的能力。
由能的转化和守恒定律知 EkU + Ekα = ΔE - 0.09 MeV= 4.266 MeV
pU = pα
Ek
1 2
m 2
p2 2m
α 粒子的动能为
——核聚变的利用
可控热核反应可以为人类提供巨 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。2009年6月 11日，位于成都的核工业西南物理研 究院宣布，该院在受控核聚变实验装 置——中国环流器二号A装置上首次实 现了偏滤器位形下高约束模式运行。
由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得
RU
mUU
qU B
，Rα
mαα
qα B
联立解得：RU qα 2 1 RU qU 92 46
（2）核反应中释放的核能为 ΔE = Δmc2 = (238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5 MeV = 4.356 MeV
（3）轻聚变更为安全、清洁
（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放 射性的。废物主要是泄露的氘，高速中子，质子与其他物质 反应生成的发射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少， 容易处理）
2. 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 体密度的几万分之一
新课讲授
氘核
氦-4
氚核 中子
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。
4 2
He
2 1
H
3 1
H
2 1
H
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H
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He
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n
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He
2 1
H
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H
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He
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根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H
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平均每个核子放出的能量在 3 MeV以上，比裂变反应中平均每个核子 放出的能量大3 ~ 4倍。
发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到 10-15 m以内 （原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）
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 不经济
聚变反应又叫热核反应
这是我国磁约束聚变实验研究史 上具有里程碑意义的重大进展，标志 着中国磁约束聚变能源开发研究综合 实力与水平有了新的提高。
中国环流器二号A装置
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
（每升水中就含有 0.03 g 氘，地球上有 138.6 亿亿立方米的 水，大约有 40 万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂 储量有2000 亿吨）
核聚变的利用——氢弹
弹体
普通炸药 小 型
铀 235
原
子
外壳
弹
氘、氚、重 氢化钾等
引爆装置
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1 0
nLeabharlann 氢弹爆炸形成的蘑菇云核聚变普遍存在于宇宙中
典例探究
（2）由题给条件可求得质量亏损为： Δm = 2×2.0136 u－(3.0150 + 1.0087) u = 0.0035 u 释放的核能为： ΔE = Δmc2 = 0.0035×931.5 MeV= 3.26 MeV
H
4 2
He
1 0
n
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 mD mT (mα mn ) 0.018884u
E mc2 0.018884 931.5 MeV 17.59 MeV
3. 实现核聚变的两种方案
（1）磁约束
带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可
能利用磁场来约束参加反应的物质。
环流器的结构
惯性约束聚变激光
（2）惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完 成了核反。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质， 使它们“挤”在一起发生反应