高中物理 19.7核聚变详解

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人教版高中物理选修3-5课件19.7核聚变

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0.03g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）
3、轻核聚变更为安全、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。废物主要是泄露的氚，高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）
聚变反应又叫热核反应
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小型
普通炸药
爆炸
铀235 外壳
原
子弹
Ｕ235
裂变
氘、氚、重氢化钾等
氘、氚聚变
引爆装置
2 1
H31
H42
He

01n
氢弹爆炸形成的磨姑云
核聚变普遍存在于宇宙中
二、受控热核反应——核聚变的利用
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
2 1
H

3 1
H42
He
01n
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
m T
(m
m ) n
0.018884u
E mc2 0.01884 931.5MeV
高中物理课件
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人教版选修3-5
第十九章原子核
第七节核裂变
一、核聚变（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
H31H42

19.7核聚变

例如：一个氚核与一个氚核结合成一个氦核时释放的能量是17.6Mev的能量，平均每个和爱放出的能量在3Mev以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3-4倍。
核聚变示意图
氫-2 核核聚變
氫-3 核
氦-4
2H 1
中子
4 He 2
+
3H 1
+
1n 0
+ 能量
因为原子核带正电荷，它们之间相互排斥。要使聚变发生，两个氢核必须以极快的速度靠近。太阳的巨大能量就是核聚变产生的，几市亿年来，太阳每秒辐射出的能量约为 3.8×1026J相当于一千亿吨煤燃烧所释放出的能量，其中20亿分之一左右的能量被地球吸收。（如下图所示）
目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应，以使核聚变造福于人类。我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平。那么聚变与裂变相比有哪些优点呢？
中国环流器新一号装置
我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。 EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳” 实验装置，模拟太阳产生能量。
课堂练习
1、下列哪种元素可以用于核裂变 A. 铀235 （A ）
B. 铀238
C. 氢
D. 氦
2、根据爱因斯坦的质能公式E=mc2，如果把1kg的某元素转化成能量，有多少能量会转化出来（D ） A. 3 108 J B. 3 1016 J C .6 1016 J D.9 1016 J

19.6核裂变19.7核聚变

聚变方程
2）裂变产物：多种聚多变条样件
与裂变比较
Xe和Sr
Ba和Kr
Sb和Nb
氙和锶
钡和氪锑（tī）和铌（ní）
235 92
U

1 0
n
144 56
Ba

89 36
Kr
301 n
哈恩1879—1968，德国放射化学家和物理学家获 1944年诺贝尔化学奖
3）链式反应
① 定义：当中子进入U235,使其分裂成几块，同时释放出2~3个中子，这些中子又引起其它铀核的裂变，这样裂变就会不断的进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应.
13
为 vn

11 13
n
v0
，动能变为 En

1 2
mvn2

112n 13
E0
.
由 En

11 13
2
n
E0
106
E0
得n≈42.即至少经过42次碰撞，中子动能才小于10-6E0.
4.秦山核电站第一期工程装机容量为30万千瓦.如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.2×1010J，并且假定所产生的能量都变成了电能，那么每年要消耗多少铀235？
② 临界体积：通常把裂变物质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.
二核电站反应堆组成部分
1.核燃料：反应堆使用浓缩铀（铀235占3%~4%）制成铀棒，作为燃料释放核能.
2.中子慢化剂：铀235具有易俘获慢中子、不易俘获快中子的特点.利用慢化剂可以是中子速度降下来.常用的慢化剂有石墨、中水或普通水
人教物理选修3-5

19.7 核聚变( 人教版一课一课件系列)

例2.（多选）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是
（ AD ）
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
第十九章原子核
19.7 核聚变
课标解读
1. 知道核聚变反应。 2. 关注受控聚变反应研究的进展。
聚变
裂变
核子的平均质量与原子序数的关系
一、核聚变
1.轻核的聚变：
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。
2 1
H

3 1H42He1 0n
2.轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量。
2 1
H

3 1
H
42
He
1 0
n

17.6Mev
3.发生聚变的条件: 要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能起作用。
因此必须让轻核具有很大的动能来克服极大的库仑斥力。
4.实现的方法有: 原子核要有很大的动能才会”撞”到一起，使大量
原子核获得足够的动能来发生聚变的方法：
聚变反应又叫热核反应
惯性约束
利用聚变物质的惯性进行约束。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应。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。
总的来说，实现受控核聚变还有一段很长的路要走，比较乐观的估计是在21世纪中叶有可能实现技术突破。一旦能够稳定地输出聚变能、世界上将不再有“能源危机”。

19.7-核聚变

是铀裂变（ 201 = 0.852MeV）的约4倍。 235 + 1
2、发生聚变的条件: 要使原子核间的距离达到10-15m，核力
才能大于电磁力
需要克服极大的库仑斥力，因此必须让轻核具有很大的动能。
3、实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度；
聚变反应又叫热核反应
几百万开尔文高温
核聚变的利用——氢弹
1.聚变与裂变相比的优点：（1）轻核聚变产能效率高
（2）地球上聚变燃料的储量丰富
（3）轻核聚变更安全、清洁
（4）反应中放射物质的处理较容易
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。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案：1.磁约束 2.惯性约束
磁约束
带电粒子运动时在均匀磁场中会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。
弹体
三种炸药：
普通炸药
小型
铀235
原
子
外壳
弹
普通炸药爆炸Ｕ235 裂变
氘、氚等热核燃料
氘、氚聚变
引爆装置
2 1
H
+
3 1
H

4 2
He
+
1 0
n
世界第一颗氢弹——麦克
氢弹爆炸形成的磨姑云
太阳是一个巨大的热核反应堆。（自主阅读课本P89）
太阳的巨大能量就是核聚变产生的。
二、受控热核反应——核聚变的利用
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应。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。
核子平均质量

核聚变知识点总结

核聚变知识点总结一、核聚变的基本原理核聚变是指两个轻原子核结合成一个更重的原子核，并释放出大量的能量。

在核聚变过程中，两个原子核之间的斥力被克服，原子核间的吸引力带来的库伦势能被转化为核势能，导致核结合能的释放。

核聚变的最重要的反应是氘和氚的聚变反应，即：2H + 3H → 4He + n这个过程释放出大量的能量，是目前人类利用的最主要的核聚变反应。

核聚变过程中释放的能量来源于原子核结合能的差异，也就是说，在反应前后原子核的质量发生了变化。

根据爱因斯坦的质能方程，ΔE=Δmc^2，质量的变化导致了能量的释放，这就是核聚变释放能量的基本原理。

二、核聚变的实现方法目前人类实现核聚变的方法主要有两种：惯性约束核聚变和磁约束核聚变。

1. 惯性约束核聚变惯性约束核聚变是利用激光或者离子束等外部能量源对核燃料进行加热和压缩，从而实现核聚变反应。

这种方法的优点是能量密度高，但是实现过程中要求能量源对燃料进行非常强烈的压缩和加热，技术难度非常大。

2. 磁约束核聚变磁约束核聚变是利用磁场来约束等离子体，使其达到足够高的温度和密度，实现核聚变反应。

磁约束核聚变的优点是可以在相对较低的温度下实现反应，并且不需要外部压缩力，因此技术难度较小。

但是也需要超级导体、等离子体稳定控制等技术来实现。

三、核聚变的研究进展核聚变的研究历史可以追溯到上世纪初，但是直到现在，人类依然没有找到一种实用的、可持续的核聚变能源。

不过，近些年来，国际上的核聚变研究取得了一些进展。

1. ITER项目ITER项目是国际热核聚变试验堆，是目前全球最大的核聚变研究项目。

该项目由欧盟、美国、日本、俄罗斯、中国、韩国等国共同合作建设，旨在验证核聚变能源的可行性。

ITER项目计划于2025年开始运行，预计将给核聚变能源开发带来重大突破。

2. 国内核聚变研究中国也在积极推进核聚变能源的研究和发展。

中国已经建成了东方之光、HL-2M等多台核聚变实验装置，并且计划启动EAST实验装置的升级工程。

高中物理第十九章原子核19.7核聚变课件新人教版选修3_5

一
二
三
一、对轻核聚变的理解
反应方式项目原理典型反应反应条件实际应用轻核聚变轻核聚变后比结合能增加
3 1 4 H+ H → n+ 1Байду номын сангаас0 2 He + 17.60 MeV 1 2
轻核间距达到 10-15 m 以内氢弹可控热核反应(研制阶段)
一
二
三
二、重核裂变和轻核聚变的比较
比较项目重核裂变重核分裂成两个或多个中放能原理等质量的原子核,放出核能轻核聚变两个轻核结合成质量较大的原子核,放出核能
类型一
类型二
3 解析： (1)聚变方程为 1 H + 21 0 n→1 H。
1
(2)质量亏损 Δm=mH+2mn-m=(1.007 3+2× 1.008 7-3.018 0) u=0.006 7 u,释放的核能为 ΔE=0.006 7× 931.5 MeV≈6.24 MeV。 (3)平均每个核子放出的能量为 3 MeV=2.08 MeV。 3 1 答案： (1)1 H + 2 n → H (2)6.24 MeV (3)2.08 MeV 0 1 1
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要放能多少大 3~4 倍废料处理聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
一
二
三
比较项目重核裂变
轻核聚变主要原料是氘,氘在地球上的储量非常丰富。1 L 海水中大约有 0.03 g 氘, 如果用来进行热核反应, 放出的能量约与燃烧 300 L 汽油相当受控核聚变的科学可行性已得到验证,目前正在突破关键技术,最终将建成商用核聚变电站
类型一
类型二

核聚变原理讲解

核聚变原理讲解核聚变是一种极为强大的能量释放过程，它是太阳和恒星能量来源的基础原理。

核聚变反应将两个轻原子核融合为一个更重的原子核，同时释放出巨大的能量。

这一过程可以用以下的方程式来描述：h + h →he + e + ν其中，h代表氢核，he代表氦核，e代表电子，ν代表中微子。

核聚变的能量来源于轻原子核的质量差异和质能方程E=mc²，轻原子核融合后形成的更重原子核的质量较轻原子核的质量小，因此质能发生了转化，并以巨大的能量形式释放出来。

在核聚变的过程中，有两个主要的原理。

首先，轻原子核必须克服库仑斥力以实现靠近足够接近，以克服相斥力，使得强引力可以作用于原子核。

其次，要使反应发生，轻原子核必须具有足够的能量克服库仑势垒。

为了实现这些条件，需要在高温和高压环境下进行核聚变实验。

一种常用的方法是使用等离子体来进行核聚变。

等离子体是一种高度电离的气体，其中的电离原子或离子可以在外加电磁场下以高速运动。

在核聚变实验中，通常使用氢等离子体作为燃料。

核聚变实验通常使用两种主要的反应路径：质子-质子链和碳氮氧（CNO）循环。

质子-质子链是最重要的核聚变路径之一，直接涉及氢的聚变。

在这个过程中，两个质子会经历一系列的核反应产生氦核。

首先，两个质子聚变成一个二中间子，其中一个二中间子会衰变产生一个正电子和一个中微子。

接下来，正电子与一个电子发生湮灭，形成了两个光子。

最后，这两个光子会转变为两个γ射线，进而产生氦核。

碳氮氧（CNO）循环是另一种核聚变反应路径，涉及碳、氮和氧原子核的聚变。

CNO循环首先将质子与氮-14原子核聚变，产生碳-15原子核和一个正电子。

接下来，碳-15原子核快速衰变为氮-15原子核，再与另外一个质子聚变生成氦-4原子核。

整个过程经历了多个反应与衰变步骤，最终将质子转化为氦核，释放出能量。

无论采用哪种核聚变反应路径，核聚变都需要极高的温度和压力才能进行。

因为正电子和质子之间的库仑排斥力非常强大，只有在高温下，粒子能量足够高以克服这种能垒。

核聚变原理讲解

核聚变原理讲解
核聚变是一种核反应过程，指的是原子核结合在一起形成更重的原子核的过程，同时释放出巨大的能量。

核聚变在太阳内部持续进行，是太阳能的主要来源。

在地球上，核聚变研究主要集中在实现可控核聚变，以解决能源短缺问题。

 核聚变原理可以简要概括为以下几点：
1.核聚变反应：核聚变反应是将轻元素结合成较重元素的过程。

在这个过程中，原子核内的质子和中子重新排列，形成新的原子核。

例如，氢同位素（氘、氚等）在聚变过程中会生成氦。

2.能量释放：核聚变过程中，由于原子核结合能的改变，会释放出大量的能量。

这部分能量以热能、辐射等形式传播出去。

3.聚变条件：实现核聚变需要满足一定的条件。

例如，太阳内部的温度和压力足以使氢原子核发生聚变。

在地球上，科学家们正在研究如何通过加热和压缩等手段，在实验室条件下实现可控核聚变。

4.核聚变反应的速率：核聚变反应速率受到许多因素的影响，如温度、密度、反应物的浓度等。

为了实现可控核聚变，需要提高反应速率，使得能量输出大于能量输入。

5.核聚变应用：核聚变能源具有许多优点，如燃料来源广泛、环境友好、能量密度高等。

如果能在地球上实现可控核聚变，将为解决能源危机和减少对化石燃料的依赖提供一条可行途径。

 
总之，核聚变是一种具有巨大潜力的能源技术。

实现可控核聚变将对地球能源供应、环境保护和可持续发展产生深远影响。

然而，目前核聚变研究尚处于探索阶段，科学家们正努力克服技术难题，实现这一目标。

人教版高二物理选修3-5课件 19.7核聚变(共26张PPT)

发现正电子
重核裂变轻核聚变
比较容易进行人工
控制很难控制
29352U＋10n―→15446Ba＋8396Kr ＋310n 29352U＋10n―→15364Xe＋9308Sr ＋1010n
21H ＋31H ―→42H e＋10n
课堂小结：
1、核聚变 2、聚变的利用 3、核反应类型的判断
练习
1、关于我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站，下列说法正确的是 ( ）
两个设想： 1、磁场约束
2、惯性约束
核聚变普遍存在于宇宙中
太阳
恒星
三．核反应的四种类型
类型可控性
核反应方程典例
衰 α衰变变 β衰变
自发自发
29382U→29340T h ＋42H e 29340T h →23941P a ＋－01e
人工转变
174N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子) 42H e＋94Be→162C ＋10n (查德威克发现中子) 人工控制 2173Al＋42He―→3105P＋10n，3105P―→3104Si＋＋01e 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时
2、典例聚变方程:
2 1
H31H
4 2
He
1 0
n
2 1
H
21H23
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
01n
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
弹体
三种炸药：
普通炸药
小型

19.7核聚变

二、受控热核反应：
实现核聚变的难点是，地球上没有任何容器能经受如此高的温度。设想的两种方案：磁约束和惯性约束
【例7】已知 Po原子核的质量为209.982 87 u， Pb
原子核的质量为205.974 46 u，He原子核的质量为
4.002 60 u，静止的Po核在α衰变中放出α粒子后变成
2 1
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 平均每个核子产生的能量：铀裂变平均每个核子释放的能量：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。
第十九章原子核7Fra bibliotek核聚变
一、核聚变：
1 、核聚变（热核反应）的定义：两个轻结合成质量较大的原子核，同时放出大量的核能。这种核反应叫做聚变。
2 1
H + H He + n
3 1 4 2 1 0
2 1
H + H He + n
2 1 3 2 1 0
一、核聚变：
例：计算下面核反应放出的能量:
Pb，求：
(1)衰变过程中释放的能量； (2)α粒子从Po核中射出时的动能； (3)反冲核的动能(已知1 u相当于931.5 MeV，且核反应释放的能量只转化为动能。)
一、核聚变：
2 、核聚变的条件：要使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法：
用加速器加速原子核把原子核加热到几百万开的高温热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热量就会使反应继续。

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习题解析1. BD2. DEnd▐来源：本⽂综合来源于⽹络，如有侵权，请及时联系删除！。