第3节 轻核聚变(2)
核裂变、核聚
1.2020 u
放出的能量
E 1.2020 931 .5MeV 1119 .7 MeV
（2）计算铀裂变时释放的能量
1 0
n U Ba Kr 3 n
235 92 141 56 92 36 1 0
235 92
已知
U、
141 56
1 92 、 、 0 的质量分别是 Ba 36
核聚变
一、核聚变
一、核聚变
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，同时放出大量的核能。这种核 反应叫做聚变。
2 1
2 1
H + H He + n
3 1 4 2 1 0
H + H He + n
2 1 3 2 1 0
计算下面核反应放出的能量:
2 1
H + H He + n
链式反应的条件：（以下条件满足一个即可）
1、裂变物质的体积大于临界体积。 2、裂变物质的质量大于临界质量。
发生链式反应的条件： 铀块的质量大于临界质量，或者铀块的 体积大于临界体积。
素的 元 种 35 200 多种 同 位素
发生链式反应
爆 炸
核反应堆
通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生 的中子数等于各种过程消耗的中子数, 以形成所谓的自持
求：（1）该核反应释放的能量 （2）平均每个核子释放的能量
（2）计算铀裂变时释放的能量 已知铀核裂变的反应：
235 92
U+ n
1 0
141 56
Ba + Kr + 3 n
mn = 1.6749 ×10 -27 kg
[新版本]《核裂变与核聚变》PPT教学课件-人教版物理
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放能多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3~4倍
核废料处理 难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
核裂变时可能分裂为两部分、三部分或四部分,但产生两部分的概率最大,A、
D错误,C正确;铀核裂变为中等质量的原子核时一定释放能量,B正确。
新知讲解
二、反应堆与核电站
核反应堆：人工控制链式反应的装置
吸收中子、控制反应速率
(浓缩铀) 核燃料
慢中子 (石墨、轻水、重水)
新知讲解
核能发电的基本原理
新知讲解
BC 1、(多选)关于裂变反应,下列说法正确的是( )
A.用中子轰击铀核发生裂变,其一定分裂为质量差不多的两部分
B.铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量
C.铀核发生裂变时可能分裂成两部分、三部分或四部分
D.所有重核用中子轰击均能发生裂变反应
解析：用中子轰击
235 92
U
和
239 94
Pu
等少数重核元素才能发生裂变反应,铀
方法: ①用加速器加速原子核 ②原子核加热到很高的温度108～109K
新知讲解
大阳是一个巨大的热 核反应堆
弹体
小 普通炸药 型
铀 235
原 子
外壳
弹
氘、氚、重
氢化钾等
引爆装置
氢弹结构示意图
释放核能
新知讲解
1、受控核聚 变
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
明实确际： 上“是中对流“”谁，主江沉解水浮中析”间的。巧：三妙句回铀大答意。棒是是：“还核记得燃吗？料当,年裂我们变一时同到可江心放游泳出，尽能管风量浪,巨故大，A连正行船确也很;镉困难棒，但吸我们收这中些人子以同的汹涌能的急力流拼很搏强为快,乐作。”用这里是以设调问句结尾，
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。
核聚变、粒子和宇宙 课件
32He 的质量为 3.015 0 u，10n 的质量为 1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变
反应中释放的核能约为 A.3.7 MeV
√B.3.3 MeV
C.2.7 MeV
D.0.93 MeV
解析 根据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝ 0.003 5 u，则ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故B正确，
二、粒子和宇宙 1.“基本粒子”不基本 (1)直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒， 后来人们发现了光子、电子、质子、中子，并把它们叫做“基本粒子”. (2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上_基__本__ 粒子 组成的，并发现 质子、中子 等本身也有复杂结构. 2.发现新粒子 (1)新粒子：1932年发现了 正电子 ，1937年发现了 μ子，1947年发现了K 介子和π介子，后来发现了超子等.
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要大 3～4倍
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
原料的 蕴藏量
可控性
主要原料是氘，氘在地球上的 核裂变燃料铀在地球上储
储量非常丰富.1 L水中大约有 量有限，尤其用于核裂变
0.03 g氘，如果用来进行热核反 的铀235在天然铀中只占
(2)粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类： 强子、轻子 和 媒介子 . 3.夸克模型的提出 1964年提出的强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的.
1.为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高温？
答案 轻核的聚变反应，是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子 的强相互作用发挥作用，必须使核子间的距离达到10－15 m以内；同时由 于原子核之间在此距离时的库仑斥力十分巨大，因而需要核子有很大的 动能，表现在宏观上就是核燃料需要达到极高的温度.
重核裂变和轻核聚变方程式
重核裂变和轻核聚变方程式一、介绍核能是一种重要的能源形式，可以通过核反应来释放能量。
重核裂变和轻核聚变是两种常见的核反应形式，它们在能量释放、应用领域等方面有着不同的特点。
本文将详细探讨重核裂变和轻核聚变的方程式以及相关的原理和应用。
二、重核裂变2.1 重核裂变的定义重核裂变是指重核（如铀、钚等）在受到中子轰击时分裂成两个或多个较轻的核碎片，并释放大量能量的过程。
重核裂变是核电站和核武器中的主要反应过程之一。
2.2 重核裂变的方程式重核裂变的方程式可以用如下示例来表示：92235U+01n →56141Ba+3692Kr +3⋅01n这个方程表示的是铀-235核和中子之间的反应，产生钡-141和氪-92的碎片，同时释放出3个中子。
2.3 重核裂变的能量释放重核裂变释放的能量在核电站中被用来产生蒸汽，驱动涡轮发电机，最终产生电能。
重核裂变的能量释放主要依赖于反应过程中质量的损失，根据爱因斯坦的质能方程E =mc 2，可以得出质量损失所对应的能量释放。
2.4 重核裂变的应用重核裂变主要应用于核电站和核武器。
在核电站中，通过控制重核裂变反应的速率，可以产生大量的热能，进而产生电能。
而核武器是利用重核裂变反应的巨大能量释放来实现破坏性的冲击。
三、轻核聚变3.1 轻核聚变的定义轻核聚变是指轻核（如氢、氦等）在高温高压环境下融合成更重的核的过程，同时伴随着能量的释放。
轻核聚变是太阳和恒星中的主要能量来源，也是人类未来核能研究的方向之一。
3.2 轻核聚变的方程式轻核聚变的方程式可以用如下示例来表示：12H+13H →24He+01n这个方程表示的是氘和氚之间的反应，产生氦和中子的组合。
3.3 轻核聚变的能量释放轻核聚变时，核反应产生的质量差异会释放出大量的能量。
轻核聚变能量的释放主要来源于核子之间的相互作用。
由于轻核聚变反应所需的高温和高压条件较难实现，目前人类仍在探索实现可控核聚变的方法。
3.4 轻核聚变的应用轻核聚变有着巨大的潜力，可以成为清洁、可持续的能源形式。
新教材 人教版高中物理选择性必修第三册 第五章 原子核 知识点考点重点难点提炼汇总
第五章原子核1．原子核的组成............................................................................................................ - 1 -2. 放射性元素的衰变..................................................................................................... - 6 -3. 核力与结合能........................................................................................................... - 13 -4. 核裂变与核聚变....................................................................................................... - 19 -5. “基本”粒子 ................................................................................................................ - 19 -章末复习提高................................................................................................................ - 29 -1．原子核的组成一、天然放射现象及三种射线1．天然放射现象(1)1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。
(2)①放射性：物质发射射线的性质。
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，
高中物理-核聚变 核能的利用与环境保护
射现象、重核裂变、轻核聚变、原子核的人工转变等相关知识
的记忆及分析判断能力，选项A、D为原子核的人工转变，选
项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确．
答案 BD
计算核聚变释放的能量
【典例3】一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝
1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u．求： (1)写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？
二、可控热核聚变反应
热核聚变反应的条件：必须使它们的距离达到_1_0_－_1_5 m 以下，使核具有足够的_动__能__，轻核才能够发生聚变．
约束聚变材料的方法：引__力__约__束__、 磁__约__束__、 _惯__性__约__束__． 三、核能的利用与环境保护
核电站，是利用核能发电，它的核心设施是_核__反__应__堆__ ， 核电站就是将反应堆释放的__核_能转化为电能的发电厂． 核武器 原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器． (1)原子弹：是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性_链__式__ 反应装置． (2)氢弹：是一种靠_惯__性__约__束__ 、不需人工控制而实现_聚__变_ 的反应装置．
(解2)此析反应(过1)程核的反质应量方亏程损为为 21H＋31H―→42He＋10n.
Δm＝2.014 1 u＋3.016 0 u－4.002 6 u－1.008 665 u ＝0.018 835 u，
ΔE＝Δmc2＝0.018 835×931.5 MeV＝17.5 MeV.
平均每个核子释放的核能为175.5 MeV＝3.5 MeV. 答案 (1)21H＋31H―→42He＋10n (2)17.5 MeV；3.5 MeV
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MING XIAO KE TANG
重核裂变与轻核聚变的比较
重核裂变
轻核聚变
反应 重核分裂成两个或多个中 两个轻核结合成质量较 原理 等质量的原子核放出核能 大的原子核放出核能
核能
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大 3～4倍
核废料 处理
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
可控性
式为32He＋32He―→211H＋42He。关于32He 聚变下列表述正确的是
A．聚变反应不会释放能量
()
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用32He 聚变反应发电
MING XIAO KE TANG
[解析] 聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较 大的核，聚变反应中会有质量亏损，故 C 错；聚变反应要 放出大量的能量，故 A 错；目前核电站都采用铀核的裂变 反应，故 D 错，B 对。
体约束在环形真空室内。
(√)
(6)目前，可控热核聚变已经被广泛应用于核电站发电。 (×)
MING XIAO KE TANG
2．合作探究——议一议 (1)为什么制造氢弹必须要具有制造原子弹的能力？ 提示：氢弹爆炸是热核反应，需要达到几百万摄氏度的高温才 能进行，只有利用原子弹爆炸时的高温高压，才能使氢弹中的 聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备了制造原子弹能力 的国家才能制造氢弹。 (2)原子弹和氢弹的装置有何不同？ 提示：(1)原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式 反应装置。 (2)氢弹是一种靠惯性约束、不需人工控制而实现聚变的反应 装置。
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解析：聚变是轻核聚合成较大质量的核，裂变是重核分裂成 中等质量的核，二者无直接关系，故 A 错；裂变和聚变都是 放出大量的核能，故 B 错，D 正确；核聚变反应是热核反应， 需数百万度的高温，但聚变反应一旦开始所释放的能量就远 大于所吸收的能量，因此聚变反应还是释放能量的，故 C 错。 答案：D
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2．一个氘核(12H)与一个氚核(31H)发生聚变，产生一个中子和一
个新核，并出现质量亏损。该聚变过程中
()
A．吸收能量，生成的新核是24He
B．放出能量，生成的新核是42He C．吸收能量，生成的新核是23He D．放出能量，生成的新核是23He 解析：由质量数和电荷数守恒可判断产生的新核是42He，其核
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3．轻核聚变的反应条件 核间距接近 10－15 m，核力发生作用的距离内。 4．约束核聚变材料的方法 _引__力__约__束___、 磁约束 和惯性约束。 5．核电站：将 反应堆 释放的核能转化为电能的发电厂。 工作流程：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸 汽驱动汽轮机发电转化为电能。 燃料：反应堆以__293_25_U__为燃料。 6．核武器： 原子弹 和 氢弹 是众所周知的两种核武器。
MING XIAO KE TANG
对核聚变的理解
1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近 核力发生作用的距离 10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力 作用，要求使轻核具有足够大的动能，有一种办法就是把它 们加热到几百万开尔文的高温。
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2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后 比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
3．核聚变的特点 (1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更 多的能量。 (2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产 生的热就可以使反应进行下去。 (3)普遍性：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。
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[典例] 科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦 3)。它是一种 高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程
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7．核能的优势 (1)核能发电比燃煤发电的成本 低 。 (2)核电站对环境污染比燃煤发电 小得多 。 8．核能利用存在的危害 (1)核废料的高 辐射性 。 (2)放射性物质泄漏，产生 核污染 。 (3)核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环 境受到严重破坏。
停课不停学·二中在行动
洋县二中网络直播课堂
高二物理 主讲人：金正山
MING XIAO KE TANG
网络直播课温馨提醒：
1、至少提前5分钟进入班级钉钉直播群。 2、直播课开始前准备好课本、记笔记的多色笔、
草稿纸，固定好用来听课的电子设备。 3、上课过程中认真听讲，可以使用连麦功能和
互动屏功能积极回答老师问题，做好课堂笔记。 4、如果笔记没有做全，可以用直播回放或者老师发
MING XIAO KE TANG
1．自主思考——判一判
(1)太阳中发生的是可控热核聚变反应。
(× )
(2)轻核发生聚变反应不需要条件。
(×)
(3)轻核发生聚变反应核子必须接近到核力发生作用的范围。
(√ )
(4)太阳自身强大的引力把高温等离子体约束在一起，维持了
其内部的热核反应的进行。(√ Nhomakorabea)(5)磁压缩装置中的环形线圈通电后可以产生磁场，将等离子
在群里的PPT课件再次学习，补全笔记。 5、课后记得做好明天学习内容的预习。
认真让你优秀，坚持使你成功！
物理
第四章 : 核 能 选修3-5
热点 突破
第3节 轻核聚变（2）
洋县二中 金正山
MING XIAO KE TANG
1．轻核聚变 _轻__核__聚合成 较重核 而释放核能的过程。 2．常见的聚变方程 (1)一个氘核和一个氚核结合成一个氦核： 12H＋31H―→ 42He ＋10n 这个核反应可释放 17.51 MeV 的能量，平均每个核子释放_3_.5_ MeV 的能量。 (2)12H＋21H―→ 31H ＋11H＋4.00 MeV
速度比较容易进行人工控 制，现在的核电站还都是 用裂变反应释放核能
目前，除氢弹以外，人 们还不能控制它
MING XIAO KE TANG
1．以下说法正确的是
()
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C．将反应物加热至数百万度高温聚变才能发生，显然聚变
反应是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大能量