轻核聚变
高中物理第十九章原子核核聚变粒子和宇宙教材梳理素材
7 核聚变8 粒子和宇宙疱丁巧解牛知识·巧学一、核聚变1.定义:轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变。
例如H21+H31→He42+n12。
聚变发生的条件(1)要使轻核聚变,就必须使轻核接近核力发生作用的距离10—15m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10-15m就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求原子核具有足够的动能.要使原子核具有足够大的动能，就要给核加热，使物质达到几百万摄氏度的高温.（2）在高温下,原子已完全电离，形成物质第四态——等离子态，等离子体的密度及维持时间达到一定值时，才能实现聚变.3。
轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚合放出更大的能量，由于温度较高，所以聚变也称为热核反应.联想发散原子弹爆炸时，能产生这样的高温，然后引起轻核的聚变，氢弹就是根据这一原理制成的.太阳等许多恒星内部都进行着剧烈的核聚变，温度高达107K以上，向外释放大量的能量，地球只接收了其中的二十亿分之一左右。
4。
聚变与裂变的比较（1)能用于热核反应的原料极其丰富，裂变的原料比较稀缺.（2)同样情况下聚变放出的能量比裂变大.(3)热核反应后的遗留物对环境污染小，这一点裂变无法相比。
二、受控热核反应1.热核反应的优点(与裂变相比）（1)产生的能量大；(2）反应后生成的放射性物质易处理；(3)热核反应的燃料在地球上储量丰富.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，为解决这个难题，目前有3种方法对等离子体进行约束，即引力约束、磁约束和惯性约束。
3。
热核反应的两种方式爆炸式热核反应；受控式热核反应,目前正处于探索、试验阶段。
三、“基本粒子”不基本1。
19世纪末,许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子.2.从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由质子、中子、电子组成。
3。
科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着复杂的结构。
核聚变原理及类型
核聚变原理及类型核聚变，即轻原子核(例如氘和氚)结合成较重原子核(例如氦)时放出巨大能量。
因为化学是在分子、原子层次上研究物质性质，组成，结构与变化规律的科学，而核聚变是发生在原子核层面上的，所以核聚变不属于化学变化。
热核反应，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。
参与核反应的氢原子核，如氢(氕)、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应(参见核聚变)。
热核反应是氢弹爆炸的基氘、氚核聚变示意图础，可在瞬间产生大量热能，但尚无法加以利用。
如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。
这正是在进行试验研究的重大课题。
受控热核反应是聚变反应堆的基础。
聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。
冷核聚变是指:在相对低温(甚至常温)下进行的核聚变反应，这种情况是针对自然界已知存在的热核聚变(恒星内部热核反应)而提出的一种概念性'假设'，这种设想将极大的降低反应要求，只要能够在较低温度下让核外电子摆脱原子核的束缚，或者在较高温度下用高强度、高密度磁场阻挡中子或者让中子定向输出，就可以使用更普通更简单的设备产生可控冷核聚变反应，同时也使聚核反应更安全。
类型D(氘)和T(氚)聚变会产生大量的中子，而且携带有大量的能量，中子对于人体和生物都非常危险。
聚变反应中子的麻烦之处在于中子可以跟反应装置的墙壁发生核反应。
用一段时间之后就必须更换，很费钱。
而且换下来的墙壁可能有放射性(取决于墙壁材料的选择)，成了核废料。
还有一个不好的因素是氚具有放射性，而且氚也可能跟墙壁反应。
氘氚聚变只能算"第一代"聚变，优点是燃料便宜，缺点是有中子。
"第二代"聚变是氘和氦3反应。
这个反应本身不产生中子，但其中既然有氘，氘氘反应也会产生中子，可是总量非常非常少。
如果第一代电站必须远离闹市区，第二代估计可以直接放在市中心。
物理鲁科版选修3-5学案：知识导航第四章第3节核聚变含解析
第3节 核聚变思维激活太阳会“死亡”吗?提示：太阳是一颗黄矮星，黄矮星的寿命大致为100亿年,目前太阳大约50亿岁.随着太阳的衰老，其光度会稳定增加.在未来大约50亿年之内，太阳内部的氢元素几乎会全部消耗,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升，这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。
由于氦燃烧产生的能量比氢燃烧产生的能量多，因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中.当转向新燃料的过程结束时，太阳的质量将会稍微下降,外层将延伸到地球或者火星目前运行的轨道处（这是由于太阳质量的下降，这两颗行星将会离太阳更远)。
由于太阳能量的增长与半径的增长不相称，太阳表面的温度将比现在低，从而变成一颗红巨星。
这颗红巨星再经过几十亿年后，氦燃料也将消耗完毕.像第一次消耗完氢燃料一样,太阳的内核又会收缩，内部温度上升.对于很大的恒星来说，这一次坍缩会导致碳元素的聚变。
然而，由于太阳的质量不足以产生碳聚变,这样它将变成一颗白矮星.随着内部温度和光度的降低，最终变成一颗不发光的黑矮星。
自主整理 1。
轻核聚变由轻核结合成质量较大的核叫__________. 例子：H 12+H 31→He 42+n 10+17。
6 MeV ，平均每个核子释放3.52 MeVH 31+H11→He 42+19。
2 MeV ，平均每个核子释放4.8 MeV平均每个核子在聚变放出的能量大约是裂变放出能量的__________.2.可控热核聚变反应(1）产生轻核聚变的条件要使轻核发生聚变,必须使原子核距离在___________的范围内，产生轻核聚变的条件是___________.必须使轻核具有很大的动能，才能使它们接近到10—15 m发生聚变。
因此聚变又叫___________。
太阳内部和许多恒星内部都在激烈地进行热核反应，辐射出大量的能量.(2)热核反应和裂变反应相比，具有许多优越性.热核反应释放能量比裂变反应________;热核反应产生放射性物质处理起来比裂变反应产生放射性物质________；热核反应用的氘,储量丰富;轻核聚变更安全，实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了.(3）受控热核反应：对反应采用________和________.我国自行研制可控热核反应装置“________”于1984年9月启动.具有国际先进水平的可控热核反应实验装置“________”于1994年安装成功，标志我国在研究可控热核反应方面具有一定的实力.可控热核反应将为人类提供更为巨大的能源.高手笔记1.使核发生聚变反应，必须使它们接近到10-15 m.由于原子核带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间的很大的斥力作用，这就要使核具有很大的动能才行。
核裂变和核聚变的特性
核裂变和核聚变的特性核裂变和核聚变是两种重要的核反应，它们在能源产生、核武器制造以及核工业领域具有重要的应用价值。
本文将介绍核裂变和核聚变的特性，包括定义、发生条件、产物以及应用等方面。
一、核裂变的特性核裂变是指重核（如铀、钚等）被轻粒子（如中子）轰击后发生的核反应。
其特性如下：1. 定义：核裂变是指重核原子核受到中子撞击后，原子核分裂成两个或数个质量相近的碎片核，并伴随释放大量的能量的过程。
2. 发生条件：核裂变发生的条件包括：重核的存在、中子的撞击以及裂变反应可持续进行的条件。
其中，重核的存在指需要使用可裂变的核素，如铀-235、钚-239等；中子的撞击则需要外部提供中子源；裂变反应的可持续进行需要保持中子链式反应。
3. 产物：核裂变的主要产物包括：两个或数个质量相近的碎片核、几个中子、以及释放出的大量能量。
碎片核可以是稳定核素，也可以是具有不稳定性的裂变产物核素，而中子可继续参与其他核裂变反应。
4. 应用：核裂变在能源产生、核武器制造以及核工业领域具有重要的应用。
在能源产生方面，核裂变通过核反应堆释放的能量，产生蒸汽驱动涡轮发电机组，用于发电；在核武器制造方面，核裂变可以产生巨大的爆炸能量；在核工业领域，核裂变用于各种同位素的生产、放射性同位素的应用以及核材料的研究等。
二、核聚变的特性核聚变是指轻核（如氢、氦等）在极高温度和极高压力的条件下发生的核反应。
其特性如下：1. 定义：核聚变是指轻核原子核在高温和高压的条件下，相互碰撞并合并成更重的核的过程，伴随着大量的能量释放。
2. 发生条件：核聚变发生的条件包括：高温、高密度以及足够长的反应时间。
其中，高温是核聚变发生的基本条件，通常需要达到数千万摄氏度；高密度和长反应时间则有助于核反应的进行和持续。
3. 产物：核聚变的主要产物是更重的核素，通常为氦和其他轻核素。
在聚变反应中，氢的同位素（氘和氚）在高温条件下相互碰撞，融合成氦核，并释放出巨大的能量。
高中物理选修三5.4核裂变和核聚变教案1
第4节 核裂变和核聚变一、教学目标1、知道重核裂变、核聚变的概念。
2、知道什么是链式反应。
3、了解聚变反应的特点及其条件，了解可控热核反应及其研究和发展.4、会计算核反应中释放的能量。
二、教学重难点1、核反应方程式的书写2、释放核能的计算。
三、教学过程（一）重核裂变1、重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
2、核裂变是释放核能的方法之一。
3、铀核的裂变（1）铀核的裂变的一种典型反应。
最典型的一种核反应方程式是2351141921920563603U n Ba Kr n +→++(2)释放的核能的计算Δm=（235.043u+1.0087u)(1409139u+91.8973u+3.0261u)=0.2153uΔE=0.2153u ×931.5Mev=200.55Mev(3)铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。
（二）链式反应1、这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
（见示意图523）2、临界体积（临界质量）：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。
（三）轻核聚变1、轻核聚变成较重核，引起结合能变化的方式获得核能，这样的核反应称为核聚变。
2、氢核聚变：21H+31H→42He+10n3、能量计算：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍。
4、氚的获得：（四）可控热核聚变1、（1）聚变与裂变相比，轻核聚变产能效率高。
（2）聚变与裂变相比，地球上聚变燃料的储量丰富。
（3）聚变与裂变相比，轻核聚变反应更为安全、清洁。
2、发生条件：要使轻核发生聚变，必须使它们的间距达到核力作用的范围。
要使它们达到这种程度，必须克服原子核间巨大的库仑斥力，这就得让核子获得足够大的动能。
以氘核发生聚变为例，必须在大约108 K高温下，使氘核获得至少70 keV的动能才能达到核力作用的范围而发生核聚变。
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。
核固缩 核溶解 核碎裂
核固缩核溶解核碎裂核固缩、核溶解、核碎裂，这三个词汇在核能领域中经常被提及。
它们代表着不同的核反应过程，是核能利用的重要手段。
本文将逐一介绍这三种反应过程的基本原理、应用及其对环境的影响。
一、核固缩核固缩是指将轻核聚变成重核的过程。
在这个过程中，轻核原子核的质量会减少，而能量会释放出来。
这种反应在太阳和恒星中发生，是宇宙中最重要的能量来源。
当人类开始研究核能时，就希望能够通过核固缩来获得能量。
然而，由于核固缩需要高温高压的条件，目前还难以实现。
二、核溶解核溶解是指将重核分裂成轻核的过程。
在这个过程中，重核的质量也会减少，而能量同样会释放出来。
这种反应在核电站中被广泛应用，是目前世界上主要的核能利用方式。
核电站中使用的燃料为铀，通过中子轰击，铀原子核会发生裂变，产生大量的能量。
然而，核溶解也有它的缺点，它会产生大量的放射性废物，需要进行长期的储存和处理，以避免对环境和人类造成伤害。
三、核碎裂核碎裂是指将重核撞击成两个或多个重核的过程。
在这个过程中，重核的质量会减少，而能量同样会释放出来。
核碎裂可以通过加速器或核反应堆中产生，是一种非常有用的核反应过程。
例如，核碎裂可以用于生产医用同位素、研究核物理学、制造核武器等。
然而，核碎裂也有着与核溶解相似的问题，即会产生大量的放射性废物。
总结核固缩、核溶解、核碎裂是核能利用的主要手段。
它们都能产生大量的能量，但也会产生大量的放射性废物。
因此，在核能利用的过程中，我们需要综合考虑其经济、环境和安全等方面的因素，以便实现可持续的能源发展。
高二物理 核力与结合能 重核裂变 轻核聚变
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，
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ΔE= Δmc2=(mu+mn- mBa –mkr-3mn)c2
（2）有一座发电能力为P=1．00×106 kW的核电 站，核能转化为电能的效率为η=40%．假定反应 堆中发生的裂变反应全是本题（1）中的核反应， 已知每次核反应过程中放出的核能 ΔE=2．78×10-11 J，23592U核的质量mU=390×1027 kg．求每年（1年3．15×107 s）消耗的235 U 92 的质量．
必须让轻核的距离非常接近
需要克服极大的库仑斥力
必须让轻核具有很大的动能
如何能使核聚变反应发生呢
（2）宏观的角度：可以将轻核加 热到很高的温度----几百万摄氏度 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，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．
解： (Pt)/η=KmUΔE k=1.0x103kg
磁场约束
课堂小结
（一）核聚变反应及其条件
1、氢的聚变反应
2、释放的能量：
2 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
3、产生条件：
△E= △mc2 =17.6MeV 微观：原子核接近到10-15 m 宏观：温度达到几百万摄氏度
（二）可控热核反应 1、相对于裂变，聚变有：功率大 、污染小等 2、我国在热核聚变方面的的成就。
下列说法中正确的是 [ D ] A．“原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福α 粒子散射实验判定的 B．天然放射现象的发现揭示了原子核由质子和中子组成 C．中子与质子结合成氘核时吸收能量 D．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径 例 下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是 [ B ] A．3015P→3014Si+0+1e B．21H+31H→42He+10n C．146C→147N+0-1e D．23892U→23490Th+42He
ΔE= Δmc2=
(2m1 4m3 m2 ) c 2 N 4
8．（ 12 分）在其他能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强 的优势．在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应 堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核 能． （ 1 ）核反应方程式： 23592U+n→14156Ba+9236Kr+aX 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 23592U 、 141 Ba、92 Kr核的质量，m 、m 分别表示中子、质子的质量，c为光 56 36 n p 在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能 ΔE=___________． 解： X为中子，a=3.
H H He n
核聚变的利用——（2）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。 1、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 3、热核反应所用的燃料——氚，在地 球上储量丰富。
核变的利用——可控热核反应
现在的技术还不能控制热核反应。 问题有：
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；
例
7．（9分）维持太阳辐射的是它内部的核聚变 反应，核反应方程是2e+411H→42He，核反应释 放的核能最后转化为辐射能．设电子质量为 m1， 4 He质量为m ，质子质量为m ，光速为c．每秒 2 2 3 钟有N个质子发生了核聚变反应，求太阳每秒辐 射的能量为多少？
解：若有N个质子，则需电子的个数为N/2个， 生成氦的个数为N/4个， 则Δm=(（2m1+4m3-m2)N)/4
随堂 巩固
例 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 堆，在核反应堆中，它是利用核反应的 C A．α衰变释放出核能 B．β衰变释放出核能 C．重核的裂变释放出核能 D．轻核的聚变释放出核能
例 1999年9月18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“两弹一星”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 D 基本核反应方程是 ①147N+42He→178O+11H ②23592U+10n→9038Sr+13654Xe+1010n ③23892U→23490Th+42He ④21H+31H→42He+10n A．①② B．①③ C．②③ D．②④
热核反应 相同的核燃料释放的能量多
裂变反应
反应中放射物质的处理较易
反应中的核燃料资源较丰富 核反应发生条件较易实现
二、核聚变的利用——（1）氢弹
弹体
三种炸药：
小 型 原 子 弹 普通炸药 Ｕ235 氘、氚
2 1 3 1 4 2
普通炸药
爆炸 裂变 聚变
1 0
铀235
外壳 氘、氚、重 氢化钾等 引爆装置
轻核的聚变
核反应
吸收能量 核 反 应 放出能量
核子结合成原子核
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
核子平均质量
聚变
D E
裂变
F
C O Fe
A B Z
核子的平均质量与原子序数之间的关系
一、轻核的聚变：
1、把轻核结合成质量较大的核，释放出核能 的反应叫做聚变．
〓
聚变
〓
裂变
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．
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21.6MeV的能量：
2 1 2 1
H H H H 4MeV 1 H H He 0 n 17.6MeV
2 1 3 1 3 1 4 2 1 1
4、聚变的条件： （1） 微观的角度：要使轻核发 生聚变，必须使它们核子间距离接 近10-15m。
3、常见轻核聚变反应：
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 17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量 在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子释 放的能量大3～4倍．这时的核反应方程式是：
2 1
H H He n + 17.6MeV
3 1 4 2 1 0