高二物理 选修3-5 19.6 核裂变与核聚变
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核裂变与核聚变 课件-高二物理人教版(2019)选择性必修第三册
第五章原子核
第4节核裂变与核聚变
学习目标
1.知道重核的裂变和链式反应 2.会计算核裂变释放的能量 3.了解原子弹的原理 4.知道聚变反应的特点 5.了解聚变反应的条件
新知探究
知识点 1 核裂变
1．定义：核物理中，把重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多 的新原子核，并放出核能的过程，叫核裂变。
新知探究
故选D。
答案：D
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制 棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些， 吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度， 就能控制核反应的剧烈程度．
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态 钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动 蒸汽机，使发电机发电． 发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护 层可以防止射线辐射到外面．
知识点 1 核裂变
2．铀核的典型裂变方程 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其 中一种典型的反应是
新知探究
知识点 1 核裂变
3．链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他 重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反 应．
新知探究
知识点 1 核裂变
Kr
3
1 0
n
是核裂变反应，该反应吸收能量
C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，
用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温
第4节核裂变与核聚变
学习目标
1.知道重核的裂变和链式反应 2.会计算核裂变释放的能量 3.了解原子弹的原理 4.知道聚变反应的特点 5.了解聚变反应的条件
新知探究
知识点 1 核裂变
1．定义：核物理中，把重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多 的新原子核，并放出核能的过程，叫核裂变。
新知探究
故选D。
答案：D
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制 棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些， 吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度， 就能控制核反应的剧烈程度．
新知探究
知识点 2 反应堆与核电站
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态 钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动 蒸汽机，使发电机发电． 发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护 层可以防止射线辐射到外面．
知识点 1 核裂变
2．铀核的典型裂变方程 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其 中一种典型的反应是
新知探究
知识点 1 核裂变
3．链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他 重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反 应．
新知探究
知识点 1 核裂变
Kr
3
1 0
n
是核裂变反应，该反应吸收能量
C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，
用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒控制反应速度
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温
5.4核裂变与核聚变 课件-高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册
课堂达标
1.我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（又被称为“人造太阳”）
将在2020年投入运行，其所发生的可控核聚变方程是
2 1
H
13
H 24
He X
.已知
2 1
H
、13 H、42 He和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c，下列说法正
确的是（ ）
A．X是质子
B．大亚湾核电站利用核聚变发电
重核裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发产生
2.铀核的裂变
1）发现： 1938年，德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用 中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变.
2）裂变产物：多种多样
Xe和Sr 氙和锶
Ba和Kr
Sb和Nb
钡和氪 锑（tī）和铌（ní）
235 92
U
01n
144 56
Ba
89 36
Kr
301 n
哈恩1879—1968， 德国放射化学家和物 理学家获1944年诺贝 尔化学奖
3）链式反应 ① 定义：当中子进2~3个中子， 这些中子又引起其它铀核的 裂变，这样裂变就会不断的 进行下去，释放出越来越多 的核能，这就叫链式反应.
② 必要条件：核裂变物质的体积大于或等于临界体积或核裂变物质的质量 大于或等于临界质量。
C．该核反应所释放的核能为 E m1 m2 m3 m4 c2
D．12
H
和
3 1
H
的结合能之和大于的结合能
解析：A．根据质量数和电荷数守恒可知，X是中子，A错误；
B．大亚湾核电站是利用重核裂变来发电，B错误；
C．根据质能方程，该核反应所释放的核能为 E m1 m2 m3 m4 c2
高二物理人教版选修3-5课件：19.6 核裂变ppt课件
探究二
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D 答疑解惑 AYI JIEHUO
D 当堂检测 ANGTANG JIANCE
问题导引 名师精讲 典例剖析
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【例题1】关于重核的裂变,以下说法正确的是( ) A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B.中子从铀块中通过时,一定发生链式反应 C.重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要 减少 D.由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量,所 以重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能
越来越多的核能。
(3)常见的裂变方程:
①235
92
U+10
n→15349Xe+3985Sr+210
n
②235
92
U+10
n→15461
Ba+3962Kr+310
n
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人教版高中物理选修(3-5)-19.7《核聚变》导学案
高二物理选修核聚变导学案一、知识点扫描1、聚变及其条件问题：什么叫轻核的聚变？问题：为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？计算氢的聚变反应所释放能量：2H+31H→42He+10n1（21H的质量是2.0136u，31H的质量是3.0166u，42He的质量是4.0026u，10n的质量是1.0087u。
）提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？结论：微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。
宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。
聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。
说明：（1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K 以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。
太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。
太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。
它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。
科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。
当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！（2）上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。
提问：氢弹爆炸原理是什么？2、可控热核反应（1）聚变与裂变相比有很多优点提问：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。
请同学们自学教材，了解聚变与裂变相比有哪些优点？可控热核反应发展进程：总结：聚变与裂变相比，这是优点之一，即轻核聚变产能效率高。
高二物理裂变 聚变
关于原子核的能，下面说法正确的是： A、使原子核分解为粒子时放出的能量 B、核子结合成原子时需要供给的能量 C、核子结合成原子时吸收的能量或原子核分解为核子时放出的能量 D、核子结合成原子时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量 答：D
练习
（2002年江苏综合）核反应方程式 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为 ,a= ，以mU、mBa、mKr分别表示 核的质量，mp、mn分别表示质子和中子的质量，C为光在真空中传播的速度，则在上述核反应中放出的核能量△E= 。
三、轻核的聚变
1、轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变。 2、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。 如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，平均每个核放出的能量在3MeV以上。核反应方程是：
2
1H
3
1H
+
0n
1
4
2He
+
三、轻核的聚变
3、聚变反应又叫热核反应。 太阳内部和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应。 氢弹就是根据热核反应的原理制成的。
例题
解析： α衰变过程中动量守恒。衰变后，设α粒子的速度为v1，新核的速度为 v2 。 由动量守恒定律得： (M-m)v 2 =mv1 α在磁场中作匀速圆周运动，其半径为 R=mv1/Bq v1 =BqR/m 在衰变过程中， α粒子和新核的动能来自于核能。 即△E=△mc2=1/2（M-m）v 2 2+1/2 mv12 得：△m=
裂变 聚变
一、怎样的核反应可以释放出能量
核子的平均质量
Z
D
E
F
Fe
C
B
O
练习
（2002年江苏综合）核反应方程式 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为 ,a= ，以mU、mBa、mKr分别表示 核的质量，mp、mn分别表示质子和中子的质量，C为光在真空中传播的速度，则在上述核反应中放出的核能量△E= 。
三、轻核的聚变
1、轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变。 2、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。 如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，平均每个核放出的能量在3MeV以上。核反应方程是：
2
1H
3
1H
+
0n
1
4
2He
+
三、轻核的聚变
3、聚变反应又叫热核反应。 太阳内部和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应。 氢弹就是根据热核反应的原理制成的。
例题
解析： α衰变过程中动量守恒。衰变后，设α粒子的速度为v1，新核的速度为 v2 。 由动量守恒定律得： (M-m)v 2 =mv1 α在磁场中作匀速圆周运动，其半径为 R=mv1/Bq v1 =BqR/m 在衰变过程中， α粒子和新核的动能来自于核能。 即△E=△mc2=1/2（M-m）v 2 2+1/2 mv12 得：△m=
裂变 聚变
一、怎样的核反应可以释放出能量
核子的平均质量
Z
D
E
F
Fe
C
B
O
高二物理 核力与结合能 重核裂变 轻核聚变
通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临 界质量。
铀核裂变时如果生成物不同，释放 的能量也有差异。一个铀235核裂 变时释放的能量如果200MeV估算， 1kg铀235全部裂变时放出的能量 就相当于2800t标准煤完全燃烧时 释放的化学能!
我国第一颗原子弹爆炸
切尔诺贝利事件
除核力外原子核内还存在自然界的第四种相互作用 弱相互作用（弱力） 弱力是引起β衰变，即中子－质子转变的原因 弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电 磁力小。
四种基本相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。 2.电磁力：电磁力和万有引力都是“长程力”。
某些轻核能够结合 在一起，生成一个 较大的原子核，同 时放出大量的核能。 这种核反应叫做核 聚变。
在20世纪20年代末曾经引起 遐想：如果使较重的核分裂成 中等大小的核，或者把较小的 核合并成中等大小的核，核子 的比结合能都会增加，这样岂 不是可以释放能量供人使用？ 前景的确诱人，但是怎样使原 子核发生分裂或者合并呢？这 在当时是一个无法解决的问题。
1938 年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验 中发现，生成物中有原子序数为 56 的元素钡。 奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释：铀核在被中子轰击后分裂成 两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定 名为原子核的裂变。
3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。
4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。
中
子
实际存在的
数
原子核
问题：自然界中较轻的原子 核，质子数与中子数大致相
等，但对于较重的原子核，
铀核裂变时如果生成物不同，释放 的能量也有差异。一个铀235核裂 变时释放的能量如果200MeV估算， 1kg铀235全部裂变时放出的能量 就相当于2800t标准煤完全燃烧时 释放的化学能!
我国第一颗原子弹爆炸
切尔诺贝利事件
除核力外原子核内还存在自然界的第四种相互作用 弱相互作用（弱力） 弱力是引起β衰变，即中子－质子转变的原因 弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电 磁力小。
四种基本相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。 2.电磁力：电磁力和万有引力都是“长程力”。
某些轻核能够结合 在一起，生成一个 较大的原子核，同 时放出大量的核能。 这种核反应叫做核 聚变。
在20世纪20年代末曾经引起 遐想：如果使较重的核分裂成 中等大小的核，或者把较小的 核合并成中等大小的核，核子 的比结合能都会增加，这样岂 不是可以释放能量供人使用？ 前景的确诱人，但是怎样使原 子核发生分裂或者合并呢？这 在当时是一个无法解决的问题。
1938 年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验 中发现，生成物中有原子序数为 56 的元素钡。 奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释：铀核在被中子轰击后分裂成 两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定 名为原子核的裂变。
3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。
4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。
中
子
实际存在的
数
原子核
问题：自然界中较轻的原子 核，质子数与中子数大致相
等，但对于较重的原子核，
人教版高二物理选修3-5第十九章19.6_7核裂变与核聚变(共19张PPT)
例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
3 He 核的质量为3.0150u。求：
2
（1）写出两个氘核聚变成
3 He
2
的核反应方程式
（2）计算上述核反应中释放的核能。
【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方 程即可求出反应释放的核能。
解答： （1）
12H 12H 23He01n
1kg
U 2 3 5
92
含有2.56×1024个
U 2 3 5
92
，如果全部发生核
裂变，放出的能量为8.2×1013J
（2）链式反应：
29325U+01n→15461Ba+3962Kr +301n
? U 235 92
→15461Ba+3962Kr
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代 继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
H
12
H
42
He
10
n 17.6MeV
计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个 量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少， 但平均每个核子产生的能量
17.6 = 3.52MeV却是铀裂变（
23
201 235 1 = 0.852MeV）的约4倍。
1、轻核聚变的条件：
核子要距 离十分近
加热 高温
几百万度 高温
热核反应
条件、应用
➢使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10-15m的距离。 ➢为了克服巨大的库仑力，需要使原子核有极大的动 能。 ➢一般的办法是把它们加热到很高的温度。通常需要 几百万度以上的高温。
为了获取高热，常常使用重核裂变作为“引子”。所 以，原子弹可以作为氢弹的“雷管”。
人教版高中物理选修3-5 19.6核裂变PPT(54张)优质课件
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原子弹
原子弹相关的几个描述
“小玩意儿”钚装药重6.1 kg,TNT当量2.2万吨，试 验中产生了上千万度的高 温和数百亿个大气压，致 使一座30米高的铁塔被熔 化为气体，并在地面上形 成一个巨大的弹坑
在半径为400米的范围 内，沙石被熔化成了黄 绿色的玻璃状物质，半 径为1600米的范围内， 所有的动物全部死亡
使裂变物质能够发生链式反应的最小体积，叫 做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量
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链式反应的发生条件
发生链式反应的条件： ①要有足够浓度的铀235
防止杂质吸 收中子，影 响链式反应
原子弹
美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤
在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团， 爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里 多．
广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生， 72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53% ．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人， 占全市37% ．
②要有足够数量的慢中子
③铀块的体积要大于临界体积， 质量大于其临界质量
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链式反应的过程
铀核裂变的过程
核子受激发： 当中子进入铀235后，便形成了处于激 发状态的复核，复核中由于核子的激烈 运动，使核变成不规则的形状 核子分裂： 核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而 不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2~3个中子，这些中子又引起其 他铀核裂变，这样裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能 核能的释放： 由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中 等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能
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例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
3 He 2
核的质量为3.0150u。求：
3 He 2
（1）写出两个氘核聚变成
的核反应方程式
（2）计算上述核反应中释放的核能。
【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方 程即可求出反应释放的核能。 解答： （1）
2 1
H H n
原子弹爆炸时的蘑菇云
“小男孩”（前）和“胖子”
三、轻核聚变
某些轻核结合成质量较大的核的核反应过 程，同时放出大量的核能。
例： 3 H
1
H He n 17.6MeV
2 1 4 2 1 0
计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个 量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少， 但平均每个核子产生的能量
3 1000 3 10000
请计算铀裂变时释放的能量
mu 390.313910 kg
27
mBa 234.00161027 kg
mn 1.674910 kg mkr 152.60471027 kg
27
求：（1）该核反应释放的能量 （2）平均每个核子释放的能量 ΔE=200.55MeV
2 1 3 2 1 0
（2）由题给条件可求得质量亏损为：
Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u ∴释放的核能为 ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV
235 24 U 1kg 含有2.56×10 个 92U ，如果全部发生核 235 92
裂变，放出的能量为8.2×1013J
（2）链式反应：
235 92
U + n→ Ba + Kr
235 92 141 56 92 36
1 0
141 56
92 36
+30 n
1
U → Ba + Kr ?
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代 继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应． 一块铀会不会因为不知道从哪儿飞来的一块中子就引 发链式反应呢
质量数和电荷数都守恒 3、核反应的能量来源分析： 爱因斯坦的相对论指出,物体的能量荷质量 之间存在着密切的联系. 4、质能方程： E＝mc2 Δ E＝Δ mc2
一.利用核能的途径
要质量有亏损，是利用核能的先决条件。
核反应前物质的核子数和反应后的核子数相等。
要实现“反应后的质量＜反应前的质量”，如果 我们引进“核子平均质量”，则核反应前核子平均 质量比反应后的核子平均质量较大。
17.6 = 3.52MeV却是铀裂变（ 23
201 = 0.852MeV）的约4倍。 235 1
1、轻核聚变的条件： 核子要距 离十分近
几百万度 高温
加热 高温
热核反应
条件、应用
使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10-15m的距离。 为了克服巨大的库仑力，需要使原子核有极大的动 能。 一般的办法是把它们加热到很高的温度。通常需要 几百万度以上的高温。 为了获取高热，常常使用重核裂变作为“引子”。所 以，原子弹可以作为氢弹的“雷管”。
1938年，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼发现用 1 235 中子 0 n 轰击 92U ，竟然产生出了 141 Ba 56
奥地利物理学家迈特纳和弗里施发现 U 被轰击后产 236 生出一种同位素 92U ，形状也变得不稳定，并最终分 裂为两块碎片，同时放出中子 弗里施觉得这个现象和细胞的分裂比较像，所以把这 个核反应命名为核裂变
?
使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做 它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
发生链式反应的条件：
1、铀块的纯度必须足够高；
2、铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于 临界体积。 大约1kg或直径4.8cm的球形铀块
(3)重核裂变的应用
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 核电站 石墨、重水或普通水，用于减 减速剂： 小中子的速度 控制棒：镉，用于 吸收中子，控制 核反应的快慢。 原子弹： 不可控的核反应
复习:
1、完成下列的核反应方程式：
235 92
U n
1 0
138 56
Ba Kr ( 3 n )
95 36
3 2
1 0
2 1
H H n ( He )
2 1 1 0
226 88 14 6
Ra
0 1
222 86
Rn ( He )
4 2
C e(
14 7
N )
2、核反应遵循的基本规律：
235 92
二.重核裂变-----以铀核的裂变为例
（1）一种典型的铀核裂变
235 92
3 n 200.6MeV U + n→ Ba+ Kr + ____
1 0 141 56 92 36
1 0
二分裂 裂变产物不是唯一确定的，有时还会发生三分裂 和四分裂。我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇1946年 在巴黎首次发现了铀的三分裂和四分裂。但是，铀的 的三分裂和四分裂概率是相当小的.
氢弹
世界第一颗氢弹——麦克 我国第一颗氢弹爆炸生成的蘑菇云 “麦克”爆炸 成功
四、热核反应
1.学生阅读解决—— (1)什么是热核反应 (2)太阳的能源来自热核反应 (3)什么是可控热核反应 (4)氘核,氚核的来源 2、 热核反应的优点： （1）热核反应释放的能量比裂变大得多。 （2）反应后的废物较易处理。 （3）原料易得。