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2017-2018学年高二物理人教版选修3-5课件:19.7核聚变_图文

7 核聚变 1.知道什么是核聚变及核聚变反应的条件、特点。 2.能写出核聚变反应方程并会计算核聚变反应释放的能量。 3.了解可控热核反应。 一 二 一、核聚变 1.概念:两个轻核结合成质量较大的核,这样的核反应叫作核聚变。 2.特点:轻核聚变后,比结合能增加,反应中会释放能量。 3.方程:一个氘核与一个氚核结合生成一个氦核时,释放出17.6 3 2 4 1 MeV的能量,核反应方程是 1 H + 1 H → 2 He + 0 n。 4.条件:要使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到10-15 m以内,核 力才能起作用。轻核聚变需在几百万开尔文的高温下才能进行,因 此,轻核聚变又叫热核反应。 一 二 5.氢弹原理:首先由普通炸药引爆原子弹,再由原子弹爆炸产生的 高温高压引发热核爆炸。 6.热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着,太阳就是一个巨大的 热核反应堆。 一 二 二、受控热核反应 1.聚变与裂变相比有很多优点。第一,轻核聚变产能效率高。第 二,地球上聚变燃料的储量丰富。第三,轻核聚变安全、清洁。 2.为了实现核聚变,科学家设想了两种方案,即磁约束和惯性约束, 环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。 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+ 1 0 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 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 铀在地球上储量有限,尤其 原料储量 用于核裂变的在铀矿石中 只占 0.7% 速度比较容易进行人工控 反应控制 制,现在的核电站都是用裂 变反应释放核能 一 二 三 三、热核反应的控制方法 1.磁约束:利用强磁场来约束参加反应的物质。目前性能最好的 磁约束装置是环流器(又称托卡马克)。2002年12月“中国环流器二 号”开始运行。 2.惯性约束:利用强激光的惯性压力约束参加反应的物质。 类型一 类型二 对轻核聚变反应的理解 【例题1】 (多选)下列关于聚变的说法正确的是( ) A.要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功 B.轻核聚变需要几百万摄氏度的高温,因此聚变又叫作热核反应 C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹利用原子弹 引发热核反应 D.只有太阳内部在激烈地进行着热核反应 点拨:要理解发生聚变的条件:①发生聚变反应的范围在10-15 m 之内;②由于库仑斥力的作用,要使原子核靠得这么近,原子核必须 有较大的动能。 类型一 类型二 解析:轻核聚变时,要使轻核之间距离达到10-15 m,所以必须克服 库仑斥力做功,选项A正确;原子核必须有足够的动能,才能使它们 接近到核力能发生作用的范围,实验证实,原子核必须处在几百万 摄氏度的高温下才有这样的能量,这样高的温度通常利用原子弹爆 炸获得,故选项B、C正确;除了太阳,许多其他恒星内部也存在着热 核反应,选项D错误。 答案:ABC 题后反思轻核的聚变和重核的裂变一样都是放能核反应,但是它们 反应需要的条件是不一样的。要注意体会这两种核反应的区别。 类型一 类型二 核聚变反应中的能量计算 【例题2】 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,氘核质量 m=3.018 0 u。(1 u 相当于931.5 MeV的能量) (1)写出聚变方程; (2)求释放出的核能大小; (3)求平均每个核子释放的能量。 点拨:利用质能方程求解。 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 6.24 类型一 类型二 题后反思核反应方程要根据电荷数守恒和质量数守恒求解,核能 的计算关键是求出核反应中的质量亏损,然后根据爱因斯坦质能方 程求解。 触类旁通在例题2(3)中,与每个核子放出的能量对应的质量亏损 为多少? 答案:0.002 23 u



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