19.7核聚变19.8粒子和宇宙

第十九章原子核
第七节核聚变
第八节粒子和宇宙
【学习目标】
1、知道聚变反应的特点。

2、能写出聚变方程并计算聚变能量。

3、了解可控热核反应。

4、知道粒子的分类及其作用。

5、了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化。

【学习重点】
1、聚变反应的特点。

2、可控热核反应。

【学习难点】
1、聚变反应的特点。

2、可控热核反应。

【知识自主梳理】
一、核裂变
1、定义：轻核结合成__________的原子核的反应叫聚变。

例如21H＋31H―→42He＋10n
2、聚变发生的条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到_____m以内，核力才能起作用。

由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的__________，这就要求原子核具有足够的动能，有一种方法就是把它们加热到很高的温度，温度高达________开尔文，因此聚变又叫__________。

3、应用：目前，热核反应主要用在核武器上，那就是_____，需要用________爆炸产生的高温高压引发核爆炸。

4、太阳能、太阳的主要成分是_____，太阳中心温度可达1.5×107K，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部_____释放的核能。

二、受控热核反应
1、聚变与裂变相比有很多优点
(1)轻核聚变产能________；
(2)地球上聚变燃料的储量_____；
(3)轻核聚变更为_____________。

2、聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温。

3、控制方法
(1)磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是_________。

(2)惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用_____从各个方向照射反应物，使它们“挤”在一起发生反应。

三、“基本粒子”不基本
1、“基本”粒子：19世纪末，许多人认为光子、电子、_____和_____是组成物质的不可再分的最
基本粒子。

2、发现新粒子
(1)从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由_____、_____、_____
组成。

(2)科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着_____的结构。

3、探测工具：粒子_______和粒子_______是研究粒子物理的主要工具。

四、发现新粒子
1、新粒子：1932年发现了__________，1937年发现了__________，1947年发现了K介子和π
介子及以后的超子等。

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：__________、__________
和__________。

五、夸克模型
组成强子的粒子有六种夸克，分为上夸克和下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，所带电荷分别为元电荷的_____或_____，每种夸克都有对应的反夸克，夸克不能以自由的状态单个出现。

六、宇宙与恒量的演化
1、宇宙的演化：经历了①_____时代②_____时代③________时代④10万年之后，随着温
度降低逐步组成_____和星系。

2、恒星的演化
宇宙尘埃――→
万有引力
________――→
凝聚
恒星⇒
⎩⎪
⎨
⎪⎧
m<1.4m日白矮星
m＝ 1.4～2 m日中子星
m>2m日黑洞
【考点题型设计】
例1、我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有：
(1)23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k10n；
(2)21H＋31H→42He＋d10n；
关于这两个方程，下列说法正确的是()
A、方程(1)属于α衰变
B、方程(2)属于轻核聚变
C、方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1
D、方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1
例2、太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、氦核等组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应为两个电子与四个质子聚变为氦。

已知太阳的质量为2×1030kg，太阳向周围空间辐射能量的总功率为3.8×1026W。

(1)写出上述聚变反应的方程
(2)已知质子质量m p＝1.67×10－27kg，氦核质量mα＝6.6458×10－27kg，电子质量m e＝9.0×10－31kg，
1
光速c＝3.0×108m/s，求每发生一次上述核反应所释放的能量。

(3)根据题目中数据计算太阳1秒钟减少的质量。

太阳还能用多少年？
例3、在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。

中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。

1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H的核反应，间接地证实了中微子的存在。

(1)中微子与水中的11H发生核反应，产生中子(10n)和正电子(0＋1e)，即：中微子＋11H→10n＋0＋1e
可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是______。

(填写选项前的字母)
A、0和0
B、0和1
C、1和0
D、1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即0＋1e＋0－1e→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J。

正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是______________________________。

【课时作业】
1、质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，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
2、关于粒子，下列说法中不正确的是()
A、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B、质子、中子本身也有复杂的结构
C、质子是带电的强子
D、夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
3、2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。

科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。

欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。

请推测反氢原子的结构是()
A、由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成
B、由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C、由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D、由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
4、2002年，美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子
和一个τ子。

在上述研究中有以下说法，正确的是()
①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反
②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致
③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致
④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反
A、①③
B、②③
C、③④
D、①②
5、(多选)下列说法正确的是()
A、157N＋11H→126C＋42He是α衰变方程
B、11H＋21H→32He＋γ是核聚变反应方程
C、23892U→23490Th＋42He是核裂变反应方程
D、42He＋2713Al→3015P＋10n是原子核的人工转变方程
6．(多选)国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。

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、聚变反应会有质量亏损
D、目前核电站都采用32He聚变反应发电
7、产生聚变的条件是________，我们往往采用________的方法来满足上述条件，这种反应叫做
________，太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×1026J，就是从________反应中产生的，太阳内部时刻进行着4个质子结合成一个氦核的反应，试写出核反应方程____________。

8、把氢核聚变反应简化为4个氢核(11H)聚变成氦核(42He)，同时放出2个正电子(01e)和2个中微
子(ν0)，已知质子质量m p＝1.0073u，氦核质量mα＝4.0015u，电子质量m e＝0.00055u，原子质量单位：1u＝1.660566×10－27kg，真空中光速c＝3.0×108m/s。

(1)写出该氢核聚变反应的方程；
(2)计算一次核反应释放多少焦耳的能量。

2。