19.7 核聚变PPT课件
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19.7 核聚变( 人教版一课一课件系列)
例2.（多选）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获 得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利 用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是
（ AD ）
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
第十九章 原子核
19.7 核聚变
课标解读
1. 知道核聚变反应。 2. 关注受控聚变反应研究的进展。
聚变
裂变
核子的平均质量与原子序数的关系
一、核聚变
1.轻核的聚变：
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做核聚变。
2 1
H
3 1H42He1 0n
2.轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量。
2 1
H
3 1
H
42
He
1 0
n
17.6Mev
3.发生聚变的条件: 要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能起作用。
因此必须让轻核具有很大的动能来克服极大的库仑斥力。
4.实现的方法有: 原子核要有很大的动能才会”撞”到一起，使大量
原子核获得足够的动能来发生聚变的方法：
聚变反应又 叫热核反应
惯性约束
利用聚变物质的惯性进行约束。由于聚变反应的时间非 常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。 在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质， 使它们“挤”在一起发生反应。
总的来说，实现受控核聚变还有一段很长 的路要走，比较乐观的估计是在21世纪中叶有 可能实现技术突破。一旦能够稳定地输出聚变 能、世界上将不再有“能源危机”。
物理19.7《核聚变》课件(人教版选修3-5).ppt
氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc2 0.01884 931.5MeV
E 17.59MeV
发生聚变的条件:
使原子核间的距离达到10-15m 实现的方法有:
1、用加速器加速原子核； 不经济 ２、把原子核加热到很高的温度；
惯性约束
核聚变普遍存在于宇宙中
〓
聚变
〓
裂变
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。Biblioteka 轻核的聚变:2 1
H
2 1
H
23
He
1 0
n
2 1
H
21H23
He11
H
2 1
H
31H
4 2
He
01n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H
3 1
H42
He
1 0
n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
见教材P101
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；
磁场约束
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； 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；
第七节、核聚变
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
高中物理第十九章原子核19.7核聚变课件新人教版选修35
核聚变普遍存在于宇宙中
二、受控热核反应——核聚变的利用
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
（每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6亿亿立 方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂来 制取，地球上锂储量有2000亿吨）
3、轻核聚变更为安全、清洁
氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc2 0.01884931.5MeV
E 17.59MeV
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 核子放出的能量大3~4倍。
发生聚变的条件: 使原子核间的距离达到10-15m， （原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）
第十九章 原子核
第7节 核聚变
一、 核聚变（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。
2 1
H31H42
He
01n
2 1
H21加， 反应中会释放能量
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H31H42
He
01n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
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；
惯性约束
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；
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.
高中物理选修3-5：19.7 核聚变 课件
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2021/3/112021/3/11Thursday, March 11, 2021
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pU = pα
Ek
1m2
2
p2 2m
α 粒子的动能为
二、受控热核反应
——核聚变的利用
可控热核反应可以为人类提供巨 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。2009年6月 11日，位于成都的核工业西南物理研 究院宣布，该院在受控核聚变实验装 置——中国环流器二号A装置上首次实 现了偏滤器位形下高约束模式运行。
这是我国磁约束聚变实验研究史 上具有里程碑意义的重大进展，标志 着中国磁约束聚变能源开发研究综合 实力与水平有了新的提高。
高中物理人教版选修3-5 第19章第7节 核聚变 课件(共22张PPT)
中国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况
东方超环——EAST全超导托卡马克实验装置
受控热核反应
（2）惯性约束：利用强激光的惯性压力约束参加反应的物质。
以激光进行惯性约束聚变的图解： 1.蓝色箭头代表激光； 2.橘色代表固态球状核燃料向外爆裂的力量； 3.紫色代表因激光热能而产生向内的惯性作用力； 4.橙色代表压缩后的燃料核，产生的热量快速向外放射 ，发散的能量是激光光束加在燃料球上的数倍。
A
C O Fe
B Z
释放核能的方式
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．
+
+
聚变
裂变
一、核聚变及其条件
氢核聚变
2 ：1 3 1 4 2 1 0
地球上最容 易发生的氢 核聚变
H H He n17.6 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!
2．把原子核加热到很高的温度108~109K
将一团氘和氚核约束起来，并保持一定的密度。将核加热到 上亿度的超高温，使其在极短时间内一起发生聚变。
聚变反应特点
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。
实例：
1. 太阳内部和许多恒星内部温度高达107K以上， 其反应就是热核反应的实例。 2. 核武器——氢弹！在短时间释放巨大的能量， 这就是聚变引起的核爆炸。
核子平均质量（知识储备2)
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是：
核聚变ppt课件
1 、 轻核的聚变 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。
1 2H+1 3H 2 4H e+0 1n
计算下面核聚变放出的能量:
1 2H +1 3H 2 4H e+0 1n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
太阳的中心发生 核聚变，放出巨大 能量，太阳；这个 天然的的核聚变过 程已经发生了好几 十亿年
二、受控热核反应——核聚变的利用
1.聚变与裂变相比的优点：
（1）轻核聚变产能效率高
相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反 应平均每个核子放出的能量约3.3MeV，而 裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
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1.008665u，质子的 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。 (1u=1.66×10-27千克， c=3×108m／s)
解：△m＝0.029282u
△E＝△mc2=0.029282×931MeV= 27.3MeV
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。为了解决这个难题， 科学家设想了两种方案：1.磁约束 2.惯性 约束
磁约束 带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力
的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约 束参加反应的物质。
惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因 自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。 在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射 参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生 反应。Fra bibliotek19. 7 核聚变
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。
1 2H+1 3H 2 4H e+0 1n
计算下面核聚变放出的能量:
1 2H +1 3H 2 4H e+0 1n
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
太阳的中心发生 核聚变，放出巨大 能量，太阳；这个 天然的的核聚变过 程已经发生了好几 十亿年
二、受控热核反应——核聚变的利用
1.聚变与裂变相比的优点：
（1）轻核聚变产能效率高
相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反 应平均每个核子放出的能量约3.3MeV，而 裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
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1.008665u，质子的 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。 (1u=1.66×10-27千克， c=3×108m／s)
解：△m＝0.029282u
△E＝△mc2=0.029282×931MeV= 27.3MeV
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。为了解决这个难题， 科学家设想了两种方案：1.磁约束 2.惯性 约束
磁约束 带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力
的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约 束参加反应的物质。
惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因 自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。 在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射 参加反应的物质，使它们“挤”在一起发生 反应。Fra bibliotek19. 7 核聚变
人教版高中物理选修3-5课件：19-7、8 核聚变(共56张PPT)
3．质子、电子、中子还是最小基本粒子吗？电子的电荷量 还是电荷量的最小单位吗？ 提示：随着科学的进一步发展，科学家们逐渐发现了数以百 计的不同种类的新粒子， 它们都不是由质子、 中子、 电子组成的， 又发现质子、中子等本身也是复杂的结构，所以电子、质子、中 子并不是组成物质世界的最小基本粒子． 电子的电荷量也不是电 2 1 荷量的最小单位，夸克的电荷量有 e， e 等分数电荷. 3 3
质疑探究
1．大海航行靠舵手，万物生长靠太阳．没有太阳，地球上 就不可能有姿态万千的生命现象， 当然也不会孕育出作为智能生 物的人类．太阳是靠什么为地球生命提供巨大的能量呢？ 提示：太阳辐射的能量是在氢聚变成氦的过程中产生的．
2．使轻核合成质量较大的核的难点是什么？ 提示： 要使两个轻核接近到 10－15 m 内， 核力才能发生作用， 但进入这样的范围需克服很大的库仑斥力， 使轻核具有足够的能 量是难点之一．
2．恒星的演化 (1)恒星的形成：大爆炸后，宇宙尘埃在万有引力作用下形 成 星云团 ，进一步凝聚使引力势能转变为 内能 ，温度升高， 直到发光，于是 恒星 诞生了． (2)恒星的演变：核聚变反应，层级递进地在恒星内发生， 直到 各种热核反应不再发生时，恒星的 中心密度 达到极大．
(3)恒星的归宿：恒星最终归宿与恒星的质量大小有关．当 恒星的质量小于 1.4 倍太阳质量时，演变为 白矮星 ；当恒星的 质量是太阳质量的 1.4 倍～2 倍时，演变为 中子星；当恒星的质 量更大时，演变为 黑洞．
一个质子和两个中子聚变为一个氘核，已知质子质量 mH＝ 1.0073 u，中子质量 mn＝1.0087 u，氘核质量 m＝3.0180 u (1)写出聚变方程； (2)求释放出的核能多大？ (3)求平均每个核子释放的能量是多大？ 【思路启迪】 1.核反应方程要根据什么规律书写？
人教版19.7《核聚变》课件
(3)聚变与裂变的对比优点。 ①轻核聚变_产__能__效率高; ②地球上聚变燃料的储量_丰__富__; ③轻核聚变更_安__全__、__清__洁__。 (4)约束核聚变材料的方法:_磁__约__束__和惯性约束。
合作探究·核心归纳 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? 提示:(1)微观上:参与反应的原子核必须接近到核力的作用范围内,约 为10-15m这种程度,因而必须使它们具有很大的动能以克服原子核之 间巨大的库仑斥力做功,由原子核的动能转化为原子核的电势能,使核 子之间的核力发生作用,轻核才能聚变成质量较大的核。 (2)宏观上:要使原子核具有足够大的动能,就得把它加热到几百万开尔 文的高温,才能使聚变反应发生,因此聚变又叫热核反应。
【解析】选D。从形式上看聚变和裂变好像是互逆反应,其实不然,两 者的反应物和生成物全然不同,裂变是重核分裂成中等核,而聚变是两 个轻核聚合为质量较大的轻核,两者不可能互为逆反应,A错误;聚变和 裂变反应的质量都发生了亏损,故都是放能反应,要放出巨大的能量,B 错误,D对;聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度,但一旦 反应进行,自身释放的巨大能量足以提供高温使反应继续进行,故聚变 反应是放能反应,C错。
度
重核裂变
轻核聚变
重核分裂成两个或多个中等 两个轻核结合成质量较大
质量的原子核,放出核能
的原子核,放出核能
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
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
重核裂变
核裂变燃料铀在地球上储 量有限,尤其用于核裂变 的铀235在铀矿石中只占 0.7%
B.0和1
C.1和0
D.1和1
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19.7 核 聚 变
3、主要应用：氢弹 （1）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。
（2）1952年11月1日，美国在太平洋上的马绍尔岛上试 爆成功了第一枚氢弹，这枚氢弹当量为1040万吨TNT，相 当于投向日本广岛那颗原子弹威力的800倍。
演示1
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19.7 核 聚 变
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19.7 核 聚 变
4、太阳是一个巨大的热核反应堆：
太阳的主要成分是氢，太阳的中心温度达1.5×107K。在 这样的高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，不 断放出能量。
2 1
H
12
H
13
H
11
H
2 1
H
13
H
42
He 10
n
太阳每秒辐射出的能量约为3.8×1026J下，相当于1千亿
【选修3-5】
第十九章 原 子 核
轻核的聚变
19.7 核 聚 变
一、核聚变
1、聚变：两个轻核结合成质量较大的核，叫做聚变。
+
演示1
如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核：
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1 0
n+17.6MeV
平均每个核子释放的能量在3 MeV以上，比裂变反 应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。
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19.7 核 聚 变
2、聚变的条件：使原子核间的距离达到10-15m
原子核是带正电的，要使它们接近10－15 米就必须需 要克服极大的库仑斥力，这就ห้องสมุดไป่ตู้求核具有足够的动能， 在碰撞时发生聚变。而要使核具有足够大的动能，有一 种方法就是给核加热，使其达到几百万K的高温。
因此，聚变又叫热核反应。一旦发生，就不再需要外 界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。
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19.7 核 聚 变
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19.7 核 聚 变
【例】已知 介子、 介子都是由一个夸克（夸克μ或
夸克d ）和一个反夸克（反夸克 u 或反夸克 d ）组成的， 它们的带电量如下表所示，表中e 为元电荷。
u
d
u
d
带电量 e
e
2e 1e
3
3
2e 3
1e 3
AD
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结束语
亿吨煤燃烧放出的能量，其中20亿分之一左右的能量被地
球接收。
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19.7 核 聚 变
二、受控热核反应
1、聚变与裂变相比的优点： （1）轻核聚变产能效率高。 （2）地球上聚变燃料的储量丰富。 （3）轻核聚变更为安全、清洁。
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
3、解决方案：磁约束和惯性约束
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢你的到来与聆听
学习并没有结束，希望继续努力
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