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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17.6MeV的能量,核反应方程是4.条件:要使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到10-15m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。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。13H+12H→24He+01n。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、对轻核聚变的理解项目轻核聚变原理轻核聚变后比结合能增加典型反应12H+13H→01n+24He+17.60MeV反应条件轻核间距达到10-15m以内实际应用氢弹可控热核反应(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轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核,放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核,放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大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原料储量铀在地球上储量有限,尤其用于核裂变的在铀矿石中只占0.7%主要原料是氘,氘在地球上的储量非常丰富。1L海水中大约有0.03g氘,如果用来进行热核反应,放出的能量约与燃烧300L汽油相当一二三比较项目重核裂变轻核聚变反应控制速度比较容易进行人工控制,现在的核电站都是用裂变反应释放核能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10-15m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10-15m,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=1.0073u,中子质量mn=1.0087u,氘核质量m=3.0180u。(1u相当于931.5MeV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。类型一类型二解析:(1)聚变方程为11H+201n→13H。(2)质量亏损Δm=mH+2mn-m=(1.0073+2×1.0087-3.0180)u=0.0067u,释放的核能为ΔE=0.0067×931.5MeV≈6.24MeV。(3)平均每个核子放出的能量为6.243MeV=2.08MeV。答案:(1)11H+201n→13H(2)6.24MeV(3)2.08MeV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:0.00223u