高中物理-核聚变 核能的利用与环境保护

射现象、重核裂变、轻核聚变、原子核的人工转变等相关知识
的记忆及分析判断能力，选项A、D为原子核的人工转变，选
项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确．
答案 BD
计算核聚变释放的能量
【典例3】一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝
1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u．求： (1)写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？
烧300 L汽油相当
速度比较容易进行人 工控制，现在的核电 目前，除氢弹以外，人 站都是用裂变反应释 们还不能控制它 放核能
对核聚变的理解及其核反应方程
【典例1以】下说法正确的是
( )．
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显
解析 根据核反应中质量数与电荷数守恒容易求得新核 X 的质量数为 4、电荷数为 2，即 X 是42He；根据表中提 供的数据，可以求得第 2 个核反应的质量亏损大，根据爱 因斯坦质能方程必然有 Q1<Q2.
答案 B
核反应类型的判断
3．现有三个核反应：①2114Na―→1224Mg＋－01e ②23925U＋10n―→
核能的优势与危害
(1)优势：核能发电比燃煤发电的成本低；核电站对环境 污染比燃煤发电小得多． (2)危害：核废料具有高放射性．
核聚变的发生条件及特点 聚变发生的条件 要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足 够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们 加热，使物质达到几百万开尔文的高温． 放能反应 从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚 变反应是一个放能反应．
MeV. 答案 17.59 MeV
对核聚变的理解及其核反应方程
1. 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
(解2)此析反应(过1)程核的反质应量方亏程损为为 21H＋31H―→42He＋10n.
Δm＝2.014 1 u＋3.016 0 u－4.002 6 u－1.008 665 u ＝0.018 835 u，
ΔE＝Δmc2＝0.018 835×931.5 MeV＝17.5 MeV.
平均每个核子释放的核能为175.5 MeV＝3.5 MeV. 答案 (1)21H＋31H―→42He＋10n (2)17.5 MeV；3.5 MeV
常见的聚变反应：21H＋21H―→31H＋11H＋4 MeV，21H＋31H―→ 42He＋10n＋17.6 MeV.
应用 (1)核武器——氢弹． (2)可控热核反应：目前处于探索阶段．
轻核聚变与重核裂变的区别
反应方式 比较项目
重核裂变
轻核聚变
放能原理
重核分裂成两个或 两个轻核结合成质 多个中等质量的原 量较大的原子核， 子核，放出核能 放出核能
计算核聚变释放的能量
4．一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核(42He)，同 时放出一个中子，已知氘核质量为 m1＝2.014 1 u，氚 核质量为 m2＝3.016 0 u，氦核质量为 m3＝4.002 6 u， 中子质量为 m4＝1.008 665 u，求：
(1)写出聚变的核反应方程； (2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？
二、可控热核聚变反应
热核聚变反应的条件：必须使它们的距离达到_1_0_－_1_5 m 以下，使核具有足够的_动__能__，轻核才能够发生聚变．
约束聚变材料的方法：引__力__约__束__、 磁__约__束__、 _惯__性__约__束__． 三、核能的利用与环境保护
核电站，是利用核能发电，它的核心设施是_核__反__应__堆__ ， 核电站就是将反应堆释放的__核_能转化为电能的发电厂． 核武器 原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器． (1)原子弹：是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性_链__式__ 反应装置． (2)氢弹：是一种靠_惯__性__约__束__ 、不需人工控制而实现_聚__变_ 的反应装置．
第四章 核能
第3节 核聚变 第4节 核能的利用与环境保护
1．知道聚变和聚变反应的特点． 2．能写出聚变方程并计算聚变释放的能量． 3．了解受控热核反应． 4．了解核能的利用
一、轻核聚变 定义：采用轻核聚合成_较__重__核__引起结合能变化的核反 应，称为轻核聚变． 核反应举例 _21_H_＋__31_H_―__→__42_H_e_＋__10_n_． 能量变化：轻核聚变后，平均结合能_增__加__，反应中会 _释__放__能量．
放能多少
核废料 处理难度
聚变反应比裂变反应平均每个核子放 出的能量大约要大3～4倍
聚变反应的核废料处理要比裂变反应 简单得多
反应方式 比较项目
重核裂变
轻核聚变
原料的 蕴藏量
可控性
主要原料是氘，氘在地 核裂变燃料铀在地球 球上的储量非常丰富.1 L 上储量有限，尤其用 海水中大约有0.03 g氘， 于核裂变的铀235在 如果用来进行热核反 铀矿石中只占0.7% 应，放出的能量约与燃
然是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大的能量
解析 A选项从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不 然，因为二者的反应物和生成物完全不同．裂变是重核分裂成中等核， 而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应． B选项既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相 反． C选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百 万开尔文的高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大 于所吸收的能量．因此，总的来说，聚变反应还是释放能量． 答案 D
以下推断正确的是
( )．
11H＋126C―→137N＋Q1，11H＋157N―→126C＋X＋Q2
A．X 是32He，Q2>Q1 C．X 是32He，Q2<Q1
B．X 是42He，Q2>Q1 D．X 是42He，Q2<Q1
原子核wenku.baidu.com11H
32He
42He
162 C
173 N
175 N
质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1
②
注意：式①中Δm的单位为kg，式②中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.
【变式3】一个氘核和一个氚核聚变成氦核，放出一个中子，这个 反应中放出了多少核能？已知mD＝2.014 102 u，mT＝3.016 050 u，mHe＝4.002 603 u，mn＝1.008 665 u. 解析 质量亏损为Δm＝mD＋mT－mHe－mn＝0.018 884 u， 该反应放出的能量为ΔE＝0.018 884×931.5 MeV＝17.59
答案 AC
核反应类型的判断
【典例2】下列说法不正确的是
( )．
A.21H＋31H―→42He＋10n 是聚变
B.23952U＋10n―→14504Xe＋3984Sr＋210n 是裂变
C.22868Ra―→22826Rn＋42He 是α衰变
D.2114Na―→2142Mg＋－01e 是裂变
解析 A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故A说法正确；
答案 见解析
借题发挥 轻核聚变释放核能的计算方法
(1)根据质量亏损计算
根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空
中的光速(c＝3×108 m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2.
①
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损
的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV
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
D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
解析 原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做 衰变，①为β衰变，原子序数较大的重核分解成原子序数 较小的原子核，叫做重核裂变，②为裂变．原子序数很小 的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变， ③为聚变．故正确答案为C. 答案 C
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用 32He 聚变反应发电
解析 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质 量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之 一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核 能发电． 答案 B
2．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，
其中的两个核反应方程为方程中Q1、Q2表示释放 的能量，相关的原子核质量见下表：
【变式2】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.23982U―→23904Th＋42He 是核裂变反应方程 D.42He＋1237Al―→3105P＋10n 是原子核的人工转变方程
解析 本题考查了核反应的相关知识，意在考查考生对天然放
【变式1】据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变
实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太
阳”的说法中正确的是 ( )．
A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10n B．“人造太阳”的核反应方程是23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr＋310n C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太阳”核能大小的计算公式是 E＝12mc2 解析 “人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式 为21H＋31H→42He＋10n，而 B 选项中的核反应是核裂变，故 A 正确、B 错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为 E＝mc2，故选项 A、 C 正确．
B选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子，是裂
变反应，故B说法正确；在C选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了α粒子，是α衰变，
C说法是正确的；而D应是β衰变，故不正确，故答案为D.
答案 D
借题发挥 主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核 自发转变为另一种核并辐射出α或β粒子．(2)人工转变： 人工转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕 获α粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子．(3)核 裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质 量的核，并放出几个中子．(4)核聚变：轻核聚变时也会 放出中子．
(解2)析质量亏(1损)聚变方程11H＋210n―→31H.
Δm＝mH＋2mn－mT＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u ＝0.006 7 u，
释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV.
(3)平均每个核子放出的能量为6.324 MeV＝2.08 MeV.