1、 19.7核聚变【学习目标】1.了解聚变反应的特点及其条件；2.了解可控热核反应及其研究和发展；3.知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。【重、难点】聚变反应及释放能量的计算【学习过程】知识点1：聚变及其条件1.聚变：两个轻核结合成_的核，这样的反应叫做聚变典型反应 21H+31H 42He+10n其中Emc2 17.6 MeV ，平均每个核子释放能量3 MeV 以上，约为裂变反应释放能量的34 倍2发生聚变的条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 _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_。当物质的温度达
2、到几百万开尔文时，剧烈的_使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服 _，碰撞时十分接近，发生聚变。因此，聚变又叫_反应。知识点2：可控热核反应1.聚变与裂变相比具有的优点(1) 轻核聚变产能效率高。(2) 地球上聚变燃料的储量丰富(3) 轻核聚变反应更为安全、清洁2.为了实现核聚变，科学家设想了两种方案，即_约束和 _约束【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度以上高温，显然聚变过程是吸收能量的D裂变与聚变均可释放巨大能量【例 2】一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量
3、分别为m1、 m2、 m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是()113A 核反应方程是1H 0n 1H 第 17 页B 聚变后应中的质量亏损m m1m2 m3C辐射出的光子的能量E (m3m1 m2)chD 光子的波长 (m1 m2 m3) c2【例 3】如图所示， 托卡马克 (Tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal( 环形的 ) 、 kamera( 真空室 )、 magnit( 磁 ) 的头两个字母以及katushka(线圈 )的 第一个字母组成的缩写词。根据以上信息，下列判断中可能正确的是()A这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量
4、的能量，和太阳发光的原理类似B线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出C这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同D这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行【例 4】一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH1.007 3 u，中子质量mn 1.008 7u，氚核质量m 3.018 0 u。(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少？【巩固练习 】1目前核电站利用的核反应是()A 裂变，核燃料为铀B聚变，核燃料为铀C裂变，核燃料为氘D聚变，核燃料为氘2下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是()A. 153
5、0P 1430Si 10eB.12H 13H 24He01n141402382344C. 6C 7N 1eD. 92U 90Th 2He3太阳不断地向外辐射能量，仍保持1 千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着激烈地()A 衰变反应B人工核反应C裂变反应D热核反应4下列关于聚变的说法中，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，因此聚变又叫做热核反应C原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D 太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应第 18 页5重核的裂变和轻核的聚变是人类利用核能的两种主要方式，但只有重核的裂
6、变被人类和平利用，其原因是轻核聚变()A 产能效率不高B 核燃料储量不够丰富C核废料的处理比较困难D反应速度的控制比较困难6重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，下面关于它们的说法中正确的是()A 裂变和聚变过程中都有质量亏损B 裂变过程中有质量亏损，聚变过程中质量有所增加C裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损D 裂变和聚变过程中质量都有增加7现有三个核反应方程：2424023511419212341 11Na 12Mg 1e92U0n 5636011H 20Ba Kr 3 n H He n下列说法正确的是 ()A 是裂变，是衰变，是聚变B是聚变，是裂变，是衰变C是 衰变，是
7、裂变，是聚变来 D是 衰变，是聚变，是裂变8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 ”的说法正确的是 ()A “人造太阳 ”的核反应方程是 12H 13H 24He01nB “人造太阳 ”的核反应方程是 23592U 01n14156Ba 3692Kr 301nC “人造太阳 ”释放的能量大小的计算公式是E2mc12D “人造太阳 ”核能大小的计算公式是E 2mc9已知核反应方程21 H 31H 42He X 。若用 c 表示光速，则 ()A X 是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2B X 是中子
8、，核反应放出的能量等于中子质量乘c2C X 是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2D X 是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c210目前的核电站都是用铀235 作核燃料，通过裂变获得核能。假如我们用氘和氚作核燃料，通过聚变获得核能，问两种方法获得相同能量所需核燃料质量之比为多少？提供的数据有：一个铀235 核在裂变时放出EU = 200MeV 的核能，氘原子质量为2.01473u，氚原子质量为 3.01701u，氦原子的质量为4.00388u，中子质量为1.00867u ，电子质量为0.00055u,11核聚变能量
9、种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，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。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子。若已知第 19 页氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u ，氦原子的质量为4.0026u ，中子的质量为1.0087u,271u=1.66 10 kg。（ 1）写出氘和氚聚合的反应方程。（ 2）试计算这个核反应释放出来的能量。5（ 3）若建一座功率为3.0 10kW 的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按78，结果取二位有效数字）3.2 10s 计算，光速c=3.00 10m/s第 20 页
