人教版高中物理选修3-5课件：-19.7核聚变-(共19张PPT)

19.7核聚变1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。一、核聚变1、定义：两个轻核结合成质量较大的原子核，这种核反应叫做聚变。2、能量的变化：轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量。+=OZABCDEFFe核子平均质量裂变聚变氘氚核聚变示意图23411120HHHen+17.6MeV氢原子核氦-4++++3、发生聚变的条件:要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能大于电磁力。4、实现的方法有:把原子核加热到很高的温度。几百万开尔文高温聚变反应又叫热核反应也就是说，原子核要有很大的动能才会”撞”到一起。什么办法能使大量原子核获得足够的动能来发生聚变昵?热核反成主要用在核武器上氢弹爆炸形成磨姑云实际上，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。太阳的主要成分是氢。太阳的中心温度1.5×107K在这样的高温下，氢核聚变成核的反应不停地进行着，不断地放出能量。现在地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳，即太阳内部聚变时释放的核能。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有7亿吨原子核参与反应，辐射出的能量与400万吨的物质相当。科学家估计，太阳的这种“核燃烧＂还能持几十亿年。二、受控热核反应目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应，以使核聚变造福于人类。我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平。那么聚变与裂变相比有哪些优点呢？①轻核聚变产能效率高②地球上聚变燃料的储量丰富③轻核聚变更安全可控、清洁④反应中放射物质的处理较容易1、聚变与裂变相比2、实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案，磁约束和惯性约束。带电粒子运动时在均匀磁场中会由于洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。环流器，这是目前性能最好的一种磁约束装置。磁约束——环流器也可以利用聚变物质的惯性进行约束。由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生反应。惯性约束总的来说，实现受控核聚变还有一段很长的路要走，比较乐观的估计是在21世纪中叶有可能实现技术突破。一旦能够稳定地输出聚变能、世界上将不再有“能源危机”。问题与练习解答：1、什么是核聚变?聚变过中的能量转化有什么持点?解：两个氢核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。聚变发生时需要提供巨大的能量，但反应中放出的能量比提供的能量大得多。2、一个α粒子合到一个168O核中，写出这个核反应的方程式。这个反应式左右两边的原子相比。哪边具有较多的结合能?解：从结合能曲线看，反应后比结合能增加，反应重要释放能量，说明反应式左边的原子核具有较多的能量。NeOHe2010168423、太阳的总输出功为400亿亿亿瓦(4x1026W)，它来自三种核反应，这些反应的最终结果是转变为42He。按照总輪出功率计算、太阳每秒失去多少质量?尽管有这么大的质量损失，太阳仍将在上百亿年以后才结東它的生命，这期间太阳质量将只减少0.5％！太阳每秒释放的能量解：kgcEm1616262104.41091042mcE由太阳每秒损失的质量JptE262610411044、在某些恒星内，三个α粒子合成一个126C核。从元素周期表中查出126C的质量和42He的质量，计算这个反应中放出的能量。解：从元素周期表查得126C的质量为12，42He的质量为4.0026.质量亏损为：∆m=3×4.0026-12=0.00782mcE由放出的能量E=7.266MeV聚变所需要的“燃料＂一氘在地球上非常丰富，1L海水中大约有0.039氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约和燃烧300L汽油相当，而裂变燃料一铀在地球上储量有限，尤其是用于核裂变的铀235，在铀矿中仅占0.7％，相比起来聚变的燃料一氘要丰富得多，因此实现人工控制热核反应是必要的。可控的裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制，因此现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量，而聚变反应的可控制性比较困难，世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术。5、请分析:在地球上实現受控热核反应的必要性、可能性和困难是什么?解：课堂小结一、核聚变1、定义：两个轻核结合成质量较大的原子核，这种核反应叫做聚变。2、能量的变化：轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量。3、发生聚变的条件:要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能大于电磁力。4、实现的方法有:把原子核加热到很高的温度。所以聚变反应又叫热核反应。5、热核反成主要用在核武器上——氢弹；太阳就是一个巨大的热核反应堆。二、受控热核反应1、聚变与裂变相比①轻核聚变产能效率高②地球上聚变燃料的储量丰富③轻核聚变更安全可控、清洁④反应中放射物质的处理较容易2、实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案，磁约束和惯性约束。