19.7核聚变
19.7核聚变
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19.7核聚变 19.8粒子和宇宙
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。 • 4、知道宇宙中的粒子。
带着问题先学
• 1、看比结合能曲线（图19.5-3），想一想 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？ • 2、试从微观和宏观两个角度说明核聚变发 生的条件？ 重点 • 3、氢弹爆炸原理是什么？氢弹的构造简介 及其爆炸情况。 • 4、还能通过什么方法实现核聚变？ • 5、重核裂变与氢核聚变对比有什么优点和 重点 缺点？
2．下列说法中正确的是：（ B ） A．聚变反应从外界吸收能量； B．聚变反应向外界放出能量； C．聚变反应可以无条件进行； D．聚变反应必须使核之间距离接近10-15m。
D
• 4．热核反应是一种理想能源的原因是 ( ABC) • A．就平均每一个核子来说，热核反应比 重核裂变时释放的能量多 • B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较 容易处理 • C．热核反应的原料在地球上储量丰富 • D．热核反应的速度容易控制
一、核聚变的利用——氢弹
弹体 普通炸药 铀235 外壳 氘、氚、重 氢化钾等 引爆装置 小 型 原 子 弹
三种炸药：
普通炸药 爆炸 裂变 聚变
1 0
Ｕ235
氘、氚
2 1
H H He核聚变普遍存在于宇宙中，宇宙 中也存在大量的核聚变原料。
地球上科学家的一些可能实现可控 核聚变的设想
• 日英开发出激光核聚变新方法、有人提出 利用点解重水的方法实现低温核聚变
二、可控热核反应——核聚变的利用
可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用 聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的 可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研 究成果。
人教版高中物理教案-核聚变
第十九章原子核新課標要求1．內容標準（1）知道原子核的組成。
知道放射性和原子核的衰變。
會用半衰期描述衰變速度，知道半衰期的統計意義。
（2）瞭解放射性同位素的應用。
知道射線的危害和防護。
例1 瞭解放射性在醫學和農業中的應用。
例2 調查房屋裝修材料和首飾材料中具有的放射性，瞭解相關的國家標準。
（3）知道核力的性質。
能簡單解釋輕核與重核內中子數、質子數具有不同比例的原因。
會根據質量數守恆和電荷守恆寫出核反應方程。
（4）認識原子核的結合能。
知道裂變反應和聚變反應。
關注受控聚變反應研究的進展。
（5）知道鏈式反應的發生條件。
瞭解裂變反應堆的工作原理。
瞭解常用裂變反應堆的類型。
知道核電站的工作模式。
（6）通過核能的利用，思考科學技術與社會的關係。
例3 思考核能開發帶來的社會問題。
（7）初步瞭解恒星的演化。
初步瞭解粒子物理學的基礎知識。
例4 瞭解加速器在核子物理、粒子物理研究中的作用。
2．活動建議：（1）通過查閱資料，瞭解常用的射線檢測方法。
（2）觀看有關核能利用的錄影片。
（3）舉辦有關核能利用的科普講座。
新課程學習19．7 核聚變★新課標要求（一）知識與技能1．瞭解聚變反應的特點及其條件.2．瞭解可控熱核反應及其研究和發展.3．知道輕核的聚變能夠釋放出很多的能量,如果能加以控制將為人類提供廣闊的能源前景。
（二）過程與方法通過讓學生自己閱讀課本，培養他們歸納與概括知識的能力和提出問題的能力（三）情感、態度與價值觀1．通過學習，使學生進一步認識導科學技術的重要性，更加熱愛科學、勇於獻身科學。
2．認識核能的和平利用能為人類造福，但若用於戰爭目的將給人類帶來災難，希望同學們努力學習，為人類早日和平利用核聚變能而作出自己的努力。
★教學重點聚變核反應的特點。
★教學難點聚變反應的條件。
★教學方法教師啟發、引導，學生討論、交流。
★教學用具：多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。
★課時安排1 課時★教學過程（一）引入新課教師：1967年6月17日，我國第一顆氫彈爆炸成功。
19.7 核聚变(卡片)
§ 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。
【预习卡片】一．聚变及其条件1.什么叫轻核的聚变？2.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？3.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？说明：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107K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3.8×1026J，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！4.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。
氢弹爆炸原理是什么？二．可控热核反应1．了解聚变与裂变相比有哪些优点？2.我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。
【巩固提高】1．中子n、质子p、氘核D的质量分别为m n、m p、m D，现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为γ+D=p+n,若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是（）A．[]EcmmmnPD---2)(21B．[]EcmmmPnD+-+2)(21C．[]EcmmmnPD+--2)(21D．[]EcmmmPnD--+2)(212．下列说法中正确的是（）A ．质子与中子的质量不等，但质量数相等B ．两个质子间，不管距离如何，核力总是大于库仑力C ．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D ．除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互作用力 3．已知氘核质量为2.0136u ，中子质量为1.0087u ，He 32核的质量为3.0150u 。
核聚变 每课一练 (含解析) (27)
17．指出下列核反应的类型：
（1） _3） ________
18．下列说法中正确的是______
A．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，释放出一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小
B．普朗克为了解释光电效应的规律，提出了光子说
考点：爱因斯坦质能方程、裂变反应和聚变反应
【名师点睛】本题考查了核反应方程式、质能方程的应用、核反应的分类，核反应分为核聚变与核裂变，要注意它们的区别；本题难度不大，是一道基础题，熟练掌握基础知识，即可正确解题。
2．A
【解析】
试题分析：重核裂变是质量数较大的核裂变为质量中等的核，聚变是质量数较小的核转化为质量较大的核，核反应满足转化过程中质量数和电荷数都守恒．A、方程②是质量数较小的和转化为质量较大的核，属于轻核聚变，故A正确；B、方程①是质量数较大的核裂变为质量中等的核，属于重核裂变，故B错误；C、太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应形成的，故C错误；D、同位素的质子数相同，故D错误．故选A。
A．这种装置中发生的核反应方程式是
B．由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4
C．核反应放出的能量等于（m1+m2–m3–m4）c2
D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同
2．“两弹”所涉及的基本核反应方程有：① ，② ，关于这两个方程，下列说法正确的是
A．方程②属于轻核聚变
C．在微观物理学中，能同时准确地质点粒子的位置和动量
D．科学研究发现太阳光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的裂变反应
19．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 + + ， + +X+ 方程式中 1、 表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
核聚变(2019年新版)
把轻核结合成质量较大的核，释放出核 能的反应叫做轻核的聚变，简称聚变
2 1
H+21H→31H+11H+
4
MeV
31H+21H→42He+ 10n+ 17.6 MeV
发生聚变的条件
轻核发生聚变，必须使它们核子间的距离接近到10-15m
原子核都是带正电的，要使他们接近到这种 程度，必须克服巨大的库仑斥力，这就要求原子 核有很大的动能。
氦核的质量：mα=4.002603u
中子的质量：mn=1.008 665u
1u=1.6606×10-27kg，e=1.602 2×10-19C
； 明升体育,明升m88备用 明升,m88明升,M88 ；
闻单于不与汉合 颇言正历服色事 诸侯毕贺 何谓无故乎 百官自正 溃围北去 吴国既灭 燕王拜送于庭 天子从官不得食 有车丞相 阿顺苟合 伐越 亡在外四年复入 是不孝也；高皇帝曰：‘待之 孝惠帝兄也 臣原得少赐游观之间 田横亦得收齐 名山七 有益於助衰养老 得以接欢喜 恭 俭而好礼者宜歌小雅；鲁阳虎攻其君 责治粟内史 有文在掌曰“友” 秦将王翦破赵 乃敢饮 王之地一经两海 都尉韩说从大将军出窳浑 且为天下者不顾家 今上客有意存天下 今计举国不足以当秦 多有贤圣之才 与魏齐间行 受吾君命以出 壮又相爱 宋人请以赂陈 大吏持禄取容 随会曰： “昔文公之与楚战城濮 弃为兒时 攻济阳 好小善 武灵王自号为主父 若以力事我而无补吾缺者 使燕复修召公之法 子帝祖辛立 大馀五 复使贰师将军将六万骑 往来城上 失之子羽 恭敬爱人 四十八年 苍之免相後 三万骑击匈奴 皆涕泣 践朕位 七日而寤 至 闻其不宜子 秋涸冻 男女同 席 为生难 郭吉礼卑言好 以茅盖 再奏之 不用命 开禁仓以振贫穷 章邯之灭陈胜 二十年 乐而不安 信星昭见
教法分析19.7 核聚变
第7节核聚变
初步了解，知道可控核聚变的主要困难1945年7月16日，第一颗原子弹在新墨西哥州的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸药。
爆炸时支承原子弹的钢塔全部熔化，在半径400 m的范围内，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径1 600 m范围内所有动植物全部死亡。
原子弹的巨大威力震惊了世界，也使反对原子武器的呼声空前高涨。
舆论不仅谴责下令使用原子弹的人，也要追究科学家的责任。
大部分原子弹研制的创议者成了反核战争的积极分子，奥本海默本人则辞去了职务，去进行宇宙线的纯科学研究。
为了打破核垄断，最终消灭核武器，1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功。
同时，我国政府郑重宣布：中国在任何时候、任何情况下，都不会首先使用核武器。
我国研制成功原子弹，极大地增强了我国的国防力量。
核聚变反应式
核聚变反应式简介核聚变反应式是指在核聚变反应中发生的化学反应式。
核聚变是一种高能量的核反应，是太阳和其他恒星的主要能量来源。
通过核聚变反应，轻核素合成为重核素，同时释放出巨大的能量。
核聚变的过程核聚变是一种将轻核素融合成重核素的过程。
在核聚变反应中，通常涉及两种轻核素的融合，其中最常见的是氘和氚的融合。
核聚变反应的过程可以用以下化学反应式表示：氘 + 氚→ 氦 + 中子 + 能量在这个反应式中，氘和氚是两种重氢同位素，氦是融合后产生的新核素，中子是释放出的粒子，能量则是由于质量差异产生的。
核聚变反应的优势与核裂变反应相比，核聚变反应具有以下优势：1.资源丰富：氘和氚是地球上非常丰富的资源，与核裂变反应所需的铀等物质相比，核聚变反应所需的燃料更容易获得。
2.安全性高：核聚变反应不产生高放射性废物，相对较安全。
3.可控性强：核聚变反应可以在相对较低的温度和压力下进行，控制反应过程较为容易。
4.能量产出大：核聚变反应释放的能量远远超过核裂变反应，可以为人类提供更大的能源供应。
当前的挑战和发展尽管核聚变反应具有诸多优势，但目前仍面临着一些挑战和技术难题。
温度和压力控制核聚变反应需要高温和高压条件才能进行，目前科学家们还没有找到一个能够实现稳定的核聚变反应的方法。
如何控制高温和高压条件，是当前的一项重要研究课题。
磁约束和惯性约束目前主要有两种控制核聚变反应的方法，一种是磁约束，使用磁场将离子控制在一个磁力线管内；另一种是惯性约束，使用激光或粒子束将离子聚集在一个小点上。
这两种方法都面临着技术上的挑战和限制，如磁约束需要耗费大量的能量来维持磁场，惯性约束受到材料的限制，产生激光或粒子束的设备也非常昂贵。
长期性能和可持续性核聚变反应需要长期维持高温和高压条件，如何保持反应的稳定性和持续性，以及如何利用核聚变反应产生的能量来驱动发电机等设备，是当前的另一个关键问题。
未来的前景尽管核聚变反应仍面临着许多挑战，但科学家们对于核聚变技术的未来发展充满信心。
高中物理 19.7核聚变详解
高中物理| 19.7核聚变详解核聚变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，释放出核能的反应叫做聚变。
1轻核的聚变（热核反应）某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。
轻核的聚变:根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:发生聚变的条件:使原子核间的距离达到10的负15次方m.实现的方法有:1、用加速器加速原子核；2、把原子核加热到很高的温度；108～109K 聚变反应又叫热核反应核聚变的利用——氢弹2可控热核反应——核聚变的利用可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果。
1.热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
①轻核聚变产能效率高。
②地球上聚变燃料的储量丰富。
③轻聚变更为安全、清洁。
2.现在的技术还不能控制热核反应。
①热核反应的的点火温度很高；②如何约束聚变所需的燃料；③反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一；3.实现核聚变的两种方案。
①磁约束（环流器的结构）②惯性约束（惯性约束）习题演练1. (2011年绍兴一中检测)我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000 s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是()A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性2. 重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是（）A．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损B．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加C．裂变过程和聚变过程都有质量增加D．裂变过程和聚变过程都有质量亏损。
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计算下面核聚变放出的能量: 计算下面核聚变放出的能量:
2 1
H + H → He + n
3 1 4 2 1 0
氘核的质量： 氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量： 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量： 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量： 中子的质量：mn=1.008665u
17.6 子产生的能量 = 3.52MeV 2+ 3
201 是铀裂变（ = 0.852MeV）的约4倍。 0.852MeV）的约4 是铀裂变（ 235+ 1
2、发生聚变的条件: 发生聚变的条件: 要使原子核间的距离达到10 要使原子核间的距离达到10-15m，核力 才能大于电磁力 需要克服极大的库仑斥力， 需要克服极大的库仑斥力，因此必须 让轻核具有很大的动能。 让轻核具有很大的动能。 3、实现的方法有: 实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度； 把原子核加热到很高的温度； 加热到很高的温度 聚变反应又 叫热核反应 几百万开 尔文高温
核聚变的利用——氢弹 核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药： 三种炸药：
普通炸药 铀235 外壳 氘、氚等热 核燃料 引爆装置
2 1 3 1
小 型 原 子 弹
普通炸药 Ｕ235
爆炸
裂变
氘、氚
4 2
聚变
1 0
H + H → He + n
世界第一颗氢弹—— 世界第一颗氢弹——麦克 ——麦克
氢弹爆炸形成的磨姑云
可控热核反应将为人类提供巨大的能源， 可控热核反应将为人类提供巨大的能源， 和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大 课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1 课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1 已取得不少研究成果。 号”已取得不少研究成果。
2、可控制热核反应存在的问题： 可控制热核反应存在的问题 问题：
地球上没有任何容器能够经受如此高的温度； 地球上没有任何容器能够经受如此高的温度；
1、磁约束聚变——托卡马克装置 磁约束聚变——
2、惯性约束聚变
例题1 例题1、两个中子和两个质子可以结合成一个 氦核，已知中子的质量是1.00866u 氦核的质量是4.0026u 质量是1.007276u，氦核的质量是4.0026u，求 此核反应的质量亏损和结合能。 此核反应的质量亏损和结合能。 (1u=1.66×10-27千克， c=3×108m／s) =1.66× 千克， =3× 解：△m＝0.029282u 0.029282u △E＝△mc2=0.029282×931MeV= 27.3MeV =0.029282×931MeV= 27.3MeV 或 △E ＝ △mc2 ＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 1.66× (3× ＝ 4.37 ×10－12J
二、受控热核反应——核聚变的利用 受控热核反应——核聚变的利用 1、热核反应的优越性。 热核反应的优越性 优越性。
能用于热核反应的原料极其丰富，裂变的 能用于热核反应的原料极其丰富， 原料比较稀缺； 原料比较稀缺； 反应物质量相同的情况下聚变放出的能量 比裂变多； 比裂变多； 热核反应后的遗留物对环境污染小， 热核反应后的遗留物对环境污染小，这一 点裂变无法相比。 点裂变无法相比。
§19.7 核聚变
核子平 均质量
D
E
合成
F
原子序数
O
Fe
一、核聚变
1 、 轻核的聚变 某些轻核能够结合在一起，生成一个较 某些轻核能够结合在一起， 大的原子核，同时放出大量的核能。 大的原子核，同时放出大量的核能。这种核 反应叫做聚变 聚变。 反应叫做聚变。
2 1
H + H → He + n
3 1 4 2 1 0
∆m = mD + mT -(mα + mn ) = 0.018884u
∆E = ∆mc = 0.01884 × 931.5MeV = 17.59MeV
2
计算表明，这个核反应释放的能量是 计算表明， 17.6MeV 。这个量值虽然比一个铀核裂变 产生的能量（201MeV） 产生的能量（201MeV）少，但平均每个核