高中物理第十九章原子核7核聚变学案新人教版选修3_5

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1、7　核聚变1．轻核的聚变(1)聚变：把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变。聚变反应又称为热核反应。(2)聚变方程：H＋H→He＋n＋γ(3)聚变发生的条件：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，这就要求使核具有足够的动能。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。综上所述，核聚变只有在超高温条件下才能发生。(4)聚变实例太阳和许多恒星都是巨大的热核反应堆，太阳的主要成分是氢，

2、其中心温度达1.5×107K，在此温度下，氢核聚变成氦核的反应激烈地、不停地进行着，不断放出能量。【例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．聚变须将反应物加热至数百万摄氏度以上的高温，显然是吸收能量D．裂变与聚变均可释放巨大的能量解析：A选项，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同。裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应。B选项，既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也

3、不必相反。C选项，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万摄氏度的高温提供能量。但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量。因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故D正确。答案：D2．受控热核反应(1)聚变相比裂变的优点①轻核聚变产能效率高。②聚变燃料储量丰富。③轻核聚变更为安全、清洁。(2)控制热核反应的难点：任何容器都不能承受反应物需要的高温。(3)控制方法①磁约束：利用磁场来约束参加反应的带电粒子。②惯性约束：利用激光的惯性压力约束参加反应的物质。(4)聚变的应用①核武器——氢弹：一种不需要

4、人工控制的聚变反应装置。它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发轻核的聚变，发生爆炸。②受控热核反应的研究成功，就能解决全世界的“能源危机”。【例2】科学家发现在月球上含有丰富的He(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式为He＋He→2H＋He。关于He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He聚变反应发电解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能

5、量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在实验阶段。答案：B3．核聚变释放核能的计算轻核聚变时释放出的能量的计算与上两节的方法基本相同，具有的仍然分为以下两点：(1)根据质量亏损计算根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中的光速(3×108m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2。①(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV②注意：式①中Δm的单位为kg，式②中Δm的单

6、位是u，ΔE的单位是MeV。【例3】太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源。(1)写出这个核反应方程。(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？(mp＝1.0073u，mHe＝4.0026u，me＝0.00055u)解析：(1)核反应方程是4H→He＋X，而X只能是2个正电子。因此核反应方程应为4H→He＋2e。(2)反应前的质量m1＝4mp＝4×1.0073u＝4.0292u反应后m2

7、＝mHe＋2me＝(4.0026＋2×0.00055)u＝4.0037uΔm＝m1－m2＝0.0255u，由质能方程得，释放能量ΔE＝Δmc2＝0.0255×931.5MeV＝23.75MeV。(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得每秒减少的质量Δm＝＝kg＝4.2×109kg。答案：(1)4H→He＋2e　(2)23.75MeV　(3)4.2×109kg4．轻核聚变和重核裂变的对比【例4】已知氘核的质量为2.0136u，中子的质量为1.0087u，He的质量为3.0150u。(1)试写出两个氘核聚变生成He的核反应方程。(2

8、)计算上述反应中释放的核能。(3)若两个氘核以相等的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成He核和中子的动能各是多少？解析：(1)H＋H→He＋n。(2)核反应中质量亏损Δm＝[2.0136×2－(3.0150＋1.0087)]u＝0.0035u释放的核能：ΔE＝Δ