核聚变PPT课件

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什么是反粒子？
• 许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的 粒子，叫做反粒子。
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粒子分类
按粒子与各种相互作用的关系分
• 强子：是参与强相互作用的粒子。 （强子又分为介子和重子） • 轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子。 • 媒介子：传递各种相互作用的粒子。
• 例： • 强子：质子、中子… • 轻子：电子、电子中微子 • 媒介子：光子、胶子…
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1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
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2．发现新粒子
20世纪30年代以来，人们对宇宙线的研究中发 现了一些新的粒子。
• （1）1932年发现正电子；1937年发现μ子；1947年发现K介子与π 介子，后来又发现了超子
• （2）实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。
He
01n
2 1
H31H42
He01n
-
2 1
H21H23
He11H
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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
31H42
He01n
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 (m mn ) 0.018884u
19.7、核聚变
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一、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， 释放出核能的反映叫做聚变．
〓
聚变
〓
裂变
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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。
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轻核的聚变:
2 1
H21H23
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• 温度降到3000K时，电子与质子复合成氢原子→ • 冷却，出现了宇宙尘埃 • 密集尘埃→ • 星云团 • 开始发光→ • 一颗恒星诞生。 • 恒星收缩升温→
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• 恒星收缩升温→ • 热核反应成氦→ • 氢大部分聚变为氦→ • 收缩→ • 氦聚合成碳→… • （类似）直到产生铁元素。
上夸克 下夸克 奇夸克
超子
粲夸克
底夸克
顶夸克
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4．宇宙的演化、恒星的演化
• 要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子，这是因为在物理学中研 究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟 通、相互支撑。
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宇宙——从何而来？
• 大爆炸理论 (The Big Bang Theory) • 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
E mc2 0.01884 931.5MeV
E 17.59MeV
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发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m
实现的方法有:
1、用加速器加速原子核； 不经济
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
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核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
铀235
原
• C.π-由u和 组成
d • D.π-由 和d组成
u
π+ π- u d u d
d
u
带 电 量
+e
-e
2 3
e
1e 3
2 3
e
1e 3
AD
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媒介子
光子（传递电磁相互作用） 胶子（传递强相互作用）
电子
粒
轻子 电子中微子
子
(6种)
μ子和μ子中微子 τ子和τ子中微子
强子
质子 中子
参与强作用 介子
夸克
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3．夸克模型
• 1964年提出夸克模型，认为强 子由更基本的成分组成，这种 成分叫做夸克（quark）。夸 克模型经过几十年的发展，已 被多数物理学家接受。
盖 尔 曼
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• （1）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。 • （2）夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍
• 科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸克不能 以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克 的“禁闭”。
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
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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；
磁场约束
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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；
惯性约束
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核聚变普遍存在于宇宙中
太阳
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恒星
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19.8、粒子和宇宙
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1．“基本”粒子 “不” 基本
• 1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。 继而我们发现了光子，并认为“光子、电子、质子、中子”是组 成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。那么随 着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子 呢？
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• 恒星最后的归宿： • 恒星质量小于太阳1.4倍→白矮星 • 恒星质量是太阳1.4~2倍→中子性 • 恒星质量更大时(无法抵抗)→黑洞
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课堂练习
• 1、目前普遍认为，质子和中子都由被称为μ夸克和d 夸克的两类夸克组成，μ夸克带电量为2e/3，d夸克 带电量为-e/3，e为元电荷，则下列论断可能的是（ ）
强子结构夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
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• 例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反
夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e 为元电荷。下列说法正确的是（ ）
• A.π+由u和 组成
• B.π+由 和d组成
子
外壳
弹
2 1
H31H42
He01n
氘、氚、重 氢化钾等
普通炸药 爆炸 Ｕ235 裂变 氘、氚 聚变
引爆装置
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氢弹爆炸形成的磨姑云
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二、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.
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处 时 同大 间 时爆 的 产炸 零 生是 点在
无 限 的 宇 宙 各
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大爆炸宇宙论
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。
宇宙大爆炸后，“粒子家族”（宇宙形成之初）： • 10-44秒后，温度1032K，产生夸克、轻子、胶子 等→ • 10-6秒后温度1013K，夸克构成了质子和中子等 （强子时代）→ • 温度为1011K时，少量夸克，光子、大量中微子 和电子存在（轻子时代）→ • 温度109K时进入核合成时代→ • 温度降到3000K时，电子与质子复合成氢原子→