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1、第7节轻核的聚变第1页，本讲稿共16页核反应核反应核核反反应应吸收能量吸收能量放出能量核子结合成原子核核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核有些重核分裂成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核第2页，本讲稿共16页核子平均质量核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系 聚变聚变裂变裂变第3页，本讲稿共16页 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应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
2、能的反映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裂变把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映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叫做聚变叫做聚变叫做聚变聚变裂变在消耗相同质量的核燃料时，聚变比裂变能释放更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多的能量第4页，本讲稿共16页轻核的聚变轻核的聚变 例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同例如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核（同时放出一个中子）时，释放时放出一个中子）时，释放时放出一个中子）时，释放时放出一个中子
3、）时，释放17.6MeV17.6MeV17.6MeV17.6MeV的能量，平均每的能量，平均每的能量，平均每的能量，平均每个核子放出的能量在个核子放出的能量在个核子放出的能量在个核子放出的能量在3MeV3MeV3MeV3MeV以上，比裂变反应中平均以上，比裂变反应中平均以上，比裂变反应中平均以上，比裂变反应中平均每个核子释放的能量大每个核子释放的能量大每个核子释放的能量大每个核子释放的能量大3 3 3 34 4 4 4倍这时的核反应方程式倍这时的核反应方程式倍这时的核反应方程式倍这时的核反应方程式是：是：是：是：+17.6MeV 因此只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘核便因此只要有了氘核和适
4、当的装置，运用三个氘核便因此只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘核便因此只要有了氘核和适当的装置，运用三个氘核便可以得到大约可以得到大约可以得到大约可以得到大约21.6MeV21.6MeV21.6MeV21.6MeV的能量：的能量：的能量：的能量：第5页，本讲稿共16页如何能使轻核具有较大的动能呢如何能使轻核具有较大的动能呢1、必须让轻核的距离非常接近、必须让轻核的距离非常接近2、必须让轻核具有很大的动能、必须让轻核具有很大的动能需要克服极大的库仑斥力需要克服极大的库仑斥力需要克服极大的库仑斥力需要克服极大的库仑斥力第6页，本讲稿共16页如何能使核聚变反应发生呢如何能使核聚变反应发生呢可以将轻
5、核加热到很高的温度可以将轻核加热到很高的温度当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够的动能，热运动使得一部分原子核已经具有足够的动能，可以克服相互之间的库仑斥力，在碰撞时发生聚可以克服相互之间的库仑斥力，在碰撞时发生聚变因此，聚变反应又叫热核反应变因此，聚变反应又叫热核反应第7页，本讲稿共16页热核反应热核反应热核反应热核反应裂变反应裂变反应裂变反应裂变反应相同的核燃料释放的能量多相同的核燃料释放的能量多相同的核燃料释放的能量多相同的核燃料释放的能量多反应中放射物质的处理较易反应中放射物质的处理较易反应中放射物质的处
6、理较易反应中放射物质的处理较易反应中的核燃料资源较丰富反应中的核燃料资源较丰富反应中的核燃料资源较丰富反应中的核燃料资源较丰富核反应发生条件较易实现核反应发生条件较易实现核反应发生条件较易实现核反应发生条件较易实现第8页，本讲稿共16页核聚变的利用核聚变的利用氢弹氢弹弹体弹体引爆装置引爆装置小小型型原原子子弹弹三种炸药：三种炸药：普通炸药普通炸药235氘、氚氘、氚爆炸爆炸裂变裂变聚变聚变氘、氚、重氘、氚、重氢化钾等氢化钾等铀铀235外壳外壳普通炸药普通炸药第9页，本讲稿共16页核聚变的利用核聚变的利用可控热核反应可控热核反应热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。热核反应和裂变反应相比较，具
7、有许多优越性。1、热核反应释放的能量多。、热核反应释放的能量多。2、热核反应产生的放射性物质易处理、热核反应产生的放射性物质易处理3、热核反应所用的燃料、热核反应所用的燃料氚，在地球上储量氚，在地球上储量丰富。丰富。第10页，本讲稿共16页核聚变的利用核聚变的利用可控热核反应可控热核反应现在的技术还不能控制热核反应。现在的技术还不能控制热核反应。问题有：问题有：、热核反应的的点火温度很高；、热核反应的的点火温度很高；、如何约束聚变所需的燃料；、如何约束聚变所需的燃料；磁场约束磁场约束第11页，本讲稿共16页课堂小结课堂小结（一）核聚变反应及其条件（一）核聚变反应及其条件1、氢的聚变反应、氢的聚
8、变反应2、释放的能量：、释放的能量：3、产生条件：、产生条件：微观：原子核接近到微观：原子核接近到10-15 m 宏观：温度达到几百万摄氏度宏观：温度达到几百万摄氏度（二）可控热核反应（二）可控热核反应1、相对于裂变，聚变有：功率大、相对于裂变，聚变有：功率大、污染小等、污染小等2、我国在热核聚变方面的的成就。、我国在热核聚变方面的的成就。E=E=mc2=17.6MeV第12页，本讲稿共16页随堂随堂巩固巩固 例例 目前，我国已经建成秦山和大亚湾核电目前，我国已经建成秦山和大亚湾核电站并投入使用，核电站的核心设施是核反应站并投入使用，核电站的核心设施是核反应堆，在核反应堆中，它是利用核反应的堆
9、，在核反应堆中，它是利用核反应的A A衰变释放出核能衰变释放出核能B B衰变释放出核能衰变释放出核能C C重核的裂变释放出核能重核的裂变释放出核能D D轻核的聚变释放出核能轻核的聚变释放出核能C第13页，本讲稿共16页 例例 1999 1999年年9 9月月1818日，中共中央、国务院、日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星两弹一星”做出突出贡献的科技专家，下列做出突出贡献的科技专家，下列核反应方程中，属研究两弹的基本核反应方核反应方程中，属研究两弹的基本核反应方程是程是14147 7N+N+4 42 2HeHe17178 8O+O
10、+1 11 1H H2352359292U+U+1 10 0nn90903838Sr+Sr+1361365454Xe+10Xe+101 10 0n n2382389292UU2342349090Th+Th+4 42 2HeHe2 21 1H+H+3 31 1HH4 42 2He+He+1 10 0n nA AB BC C D DD第14页，本讲稿共16页 例例 下列说法中正确的是下列说法中正确的是 A A“原子由电子和带正电的物质组成原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福是通过卢瑟福 粒子散射实验判定的粒子散射实验判定的 B B天然放射现象的发现揭示了原子核由质子和中天然放射现象的发现揭示
11、了原子核由质子和中子组成子组成 C C中子与质子结合成氘核时吸收能量中子与质子结合成氘核时吸收能量 D D重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径要途径例例 下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是A A30301 15P5P30301414Si+Si+0 0+1+1e eB B2 21 1H+H+3 31 1HH4 42 2He+He+1 10 0n nC C14146 6CC14147 7N+N+0 0-1-1e eD D2382389292UU2342349090Th+Th+4 42 2He He B D
12、第15页，本讲稿共16页7 7（9 9分）维持太阳辐射的是它内部的核聚变反分）维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是应，核反应方程是2e+42e+41 11 1HH4 42 2HeHe，核反应释放的核，核反应释放的核能最后转化为辐射能设电子质量为能最后转化为辐射能设电子质量为m m1 1，4 42 2HeHe质量质量为为m m2 2，质子质量为，质子质量为m m3 3，光速为，光速为c c每秒钟有每秒钟有N N个质个质子发生了核聚变反应，求太阳每秒辐射的能量为子发生了核聚变反应，求太阳每秒辐射的能量为多少？多少？解：若有解：若有N N个质子，则需电子的个数为个质子，则需电子的个数为N/2N/2个，个，生成氦的个数为生成氦的个数为N/4N/4个，个，则则m=(m=(（2m2m1 1+4m+4m3 3-m-m2 2)N)/4)N)/4 E=mc2=第16页，本讲稿共16页