高中物理人教版选修3-5-第19章第7节-核聚变-课件

第十九章原子核第7节核聚变第十九章原子核第7节核聚变1太阳磁场爆发时，太阳表面的耀斑和冕环。太阳如何运作？太阳磁场爆发时，太阳表面的耀斑和冕环。太阳如何运作？2质量亏损与质能方程（知识储备1)

在核反应前后，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象叫质量亏损。爱因斯坦相对论指出:

物体的能量和质量之间存在着密切关系，物体具有的能量与其质量成正比，如果核反应前后出现质量亏损，可以推算出反应中释放的核能。质能方程质量亏损与质能方程（知识储备1)在核反应前后，原子核3关于质能方程的补充说明利用原子质量单位u和电子伏特eV计算

1u=1.6606×10-27kg1eV=1.60×10-19J

1u相当于931.5MeV能量！质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，质量和能量在数值上的联系绝不等于这两个量可以相互转化！根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立！关于质能方程的补充说明利用原子质量单位u和电子伏特eV计算质4核子的平均质量是：原子核的质量核子数

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：核子平均质量（知识储备2)核子的平均质量是：原子核的质量核子数研究表明5核子平均质量核子平均质量与原子序数之间的关系

如何理解原子核A与B、C的差异？D、E与F的差异？核子平均质量核子平均质量与原子序数之间的关系如6

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+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7一、核聚变及其条件

平均每个核子释放能量3MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍!地球上最容易发生的氢核聚变核聚变发生的条件是什么？氢核聚变：一、核聚变及其条件平均每个核子释放能量3MeV以上8实现的方法：聚变条件：原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15m！（要使原子核接近到这种程度，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）。核聚变条件聚变反应又叫热核反应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人工核反应：利用加速器将氘加速到所需的能量（约72KeV)，轰击含氚的靶。这种方法引起聚变的几率极低（约百万分之一）。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。实现的方法：聚变条件：原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，9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。

聚变反应特点聚变反应一旦发生，就不再需要外界给10核聚变普遍存在于宇宙中太阳每秒释放的能量地球只接受了其中约3.8×1026J二十亿分之一太阳每秒参与碰撞的原子核７亿吨每秒转化为能量的物质400万吨至今转化为能量的物质约100个地球质量太阳的这种“核燃烧”还将持续维持50亿~60亿年核聚变普遍存在于宇宙中太阳每秒释放的能量地球只接受了其中约311核武器——氢弹弹体引爆装置小型原子弹氘、氚、重氢化钾等铀

235外壳普通炸药三种炸药普通炸药爆炸Ｕ235裂变氘、氚聚变核武器——氢弹弹体引爆装置小型原子弹氘、氚、重氢化钾等铀212氢弹爆炸形成的蘑菇云氢弹爆炸形成的蘑菇云13典例探究（2）由题给条件可求得质量亏损为：Δm=2×2.0136u－(3.0150+1.0087)u=0.0035u释放的核能为：ΔE=Δmc2=0.0035×931.5MeV=3.26MeV典例探究（2）由题给条件可求得质量亏损为：Δm=2×2.14二、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。

（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）

一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了；聚变产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚、高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容易处理。

二、受控热核反应1、聚变与裂变相比的优点：（1）轻核聚变152.目前还不能控制热核反应的主要问题：（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。受控热核反应

2.目前还不能控制热核反应的主要问题：（1）热核反应的的16受控热核反应

3.实现核聚变的两种控制方案：（1）磁约束：利用磁场来约束参加反应的物质。目前性能较好的磁约束装置是环流器（又称托卡马克tokamak)受控热核反应3.实现核聚变的两种控制方案：（1）磁约束：17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——EA18高中物理人教版选修3-5-第19章第7节-核聚变-课件19（2）惯性约束：利用强激光的惯性压力约束参加反应的物质。受控热核反应

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。

（2）惯性约束：利用强激光的惯性压力约束参加反应的物质。受控20课堂小结主要学习了核聚变概念，聚变核反应的特点和条件，知道了实现的方法；同时学会了写出聚变方程并计算核能。了解受控热核反应及其研究和发展。受控热核反应的研究和实验将为人类和平利用核能开发新的途径。课堂小结主要学习了核聚变概念，聚变核反应的特点和条件，知道了21谢谢大家！谢谢大家！22第十九章原子核第7节核聚变第十九章原子核第7节核聚变23太阳磁场爆发时，太阳表面的耀斑和冕环。太阳如何运作？太阳磁场爆发时，太阳表面的耀斑和冕环。太阳如何运作？24质量亏损与质能方程（知识储备1)

在核反应前后，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象叫质量亏损。爱因斯坦相对论指出:

物体的能量和质量之间存在着密切关系，物体具有的能量与其质量成正比，如果核反应前后出现质量亏损，可以推算出反应中释放的核能。质能方程质量亏损与质能方程（知识储备1)在核反应前后，原子核25关于质能方程的补充说明利用原子质量单位u和电子伏特eV计算

1u=1.6606×10-27kg1eV=1.60×10-19J

1u相当于931.5MeV能量！质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，质量和能量在数值上的联系绝不等于这两个量可以相互转化！根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立！关于质能方程的补充说明利用原子质量单位u和电子伏特eV计算质26核子的平均质量是：原子核的质量核子数

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：核子平均质量（知识储备2)核子的平均质量是：原子核的质量核子数研究表明27核子平均质量核子平均质量与原子序数之间的关系

如何理解原子核A与B、C的差异？D、E与F的差异？核子平均质量核子平均质量与原子序数之间的关系如28

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+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29一、核聚变及其条件

平均每个核子释放能量3MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍!地球上最容易发生的氢核聚变核聚变发生的条件是什么？氢核聚变：一、核聚变及其条件平均每个核子释放能量3MeV以上30实现的方法：聚变条件：原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15m！（要使原子核接近到这种程度，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）。核聚变条件聚变反应又叫热核反应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人工核反应：利用加速器将氘加速到所需的能量（约72KeV)，轰击含氚的靶。这种方法引起聚变的几率极低（约百万分之一）。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。实现的方法：聚变条件：原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，31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。

聚变反应特点聚变反应一旦发生，就不再需要外界给32核聚变普遍存在于宇宙中太阳每秒释放的能量地球只接受了其中约3.8×1026J二十亿分之一太阳每秒参与碰撞的原子核７亿吨每秒转化为能量的物质400万吨至今转化为能量的物质约100个地球质量太阳的这种“核燃烧”还将持续维持50亿~60亿年核聚变普遍存在于宇宙中太阳每秒释放的能量地球只接受了其中约333核武器——氢弹弹体引爆装置小型原子弹氘、氚、重氢化钾等铀

235外壳普通炸药三种炸药普通炸药爆炸Ｕ235裂变氘、氚聚变核武器——氢弹弹体引爆装置小型原子弹氘、氚、重氢化钾等铀234氢弹爆炸形成的蘑菇云氢弹爆炸形成的蘑菇云35典例探究（2）由题给条件可求得质量亏损为：Δm=2×2.0136u－(3.0150+1.0087)u=0.0035u释放的核能为：ΔE=Δmc2=0.0035×931.5MeV=3.26MeV典例探究（2）由题给条件可求得质量亏损为：Δm=2×2.36二、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。

（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）

一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了；聚变产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚、高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容易处理。

二、受控热核反应1、聚变与裂变相比的优点：（1）轻核聚变372.目前还不能控制热核反应的主要问题：（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。受控热核反应

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