第二十二章原子核.doc

第二十二章原子核 课题五 轻核的聚变 制订人 殷裕华 【教学目标】1、了解聚变反应的特点及其条件 2、了解可控热核反应及其研究和发展【教学重点】聚变反应的特点【教学难点】聚变反应的条件【授课时数】1-2课时【教学过程】预习导读【知识要点】、复习&引入复习提问1：利用核能的两大途径分别是什么？学生：轻核的聚变核重核的裂变。复习提问2：利用重核裂变获取核能时，有哪些不利因素？学生：燃料利用率低，废料处理存在隐患。复习提问3：什么是核子平均质量？从核子平均质量曲线可以看出，最大效能利用核能的途径是什么？学生：原子核的质量除以核子总数；轻核聚变。一、轻核聚变1、方程：+计算表明，这个核反应释放的能量是17.6MeV 。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（201MeV）少，但平均每个核子产生的能量= 3.52MeV却是铀裂变（= 0.852MeV）的约4倍。2、条件：使轻核的距离达到1015m之内由于库仑斥力的存在，要实现这个条件是相当困难的。可以采取的措施是使轻核具备很大的初动能，然后相向靠近。实际的做法是给轻核加高热，所以轻核聚变也称热核反应。为了获取高热，常常使用重核裂变作为“引子”。所以，原子弹可以作为氢弹的“雷管”。二、热核反应学生阅读解决1、什么是热核反应2、太阳的能源来自热核反应3、什么是可控热核反应4、氘核核氚核的来源三、小结总之，轻核聚变的前景无疑是比重核裂变更加诱人，但由于条件的难以实现和可控性尚未真正解决，其应用就不如重核裂变那样普遍。所以，教材的介绍就简短一些。我们在学习的时候，也主要停留在了解的层面就可以了。【学法指导】【疑难辩析】【典型例析】【例1】四个氢核变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出多少能量？若1g氢完全聚变，能释放多少焦能量？（氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u）4.4710-12J，6.931011J【例2】两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为10087u，质子的质量为10073u，氦核的质量为40026u，试计算用中子和质子生成1kg的氦时，要释放多少核能?【例2】解析 先计算生成一个氦核释放的能量，再根据1kg氦核的个数即可算出释放的总的核能核反应方程，生成一个氦核过程的质量亏损m(10087u+10073u)2-40026u00294u，释放的核能E002949315Mev27386Mev，生成1kg氦核释放的能量答案 点评 由于该题已知质量单位为原子质量单位，故先写出核反应方程，进而确定m，最后利用“1u相当于9315Mev”先算出E，再将单位换算成焦耳就成了【例3】.两个氘核发生了如下核反应：H+HH+n ，其中氘核质量为2.1036u，氢核质量为3.1050u，中子质量为1.0087u。求：核反应中释放的核能。在两个氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。假设反应中产生的氦核沿直线向原来静止的碳核(C)接近，受库仑力的影响，当它们的距离最近时，两个原子核的动能各是多少?【例3】. 解析释放的核能E=3.26Mev =0.99Mev En=2.97MeV 最近两者动能=0.04MeV Ec= =0.16Mev 【例4】太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和H、He等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e+4HHe+释放的核能，这些核能量最后转化为辐射能，根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简单，假定目前太阳全部由电子和H核组成。（1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M，已知地球半径R=6.4106m。地球质量m=6.01024kg，日地中心的距离r=1.51011m，地球表面处的重力加速度g=10m/s2，1年约为3.2107秒，试估算目前太阳的质量M。（2）已知质子质量mp=1.672610-27kg，He质量m=6.645810-27kg，电子质量me=0.910-30kg，光速c=3108m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。（3）又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能=1.35103W/m2，试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命（估算结果只要求一位有效数字）。【例4】【解析】 本题为2001年全国高考试题（理科综合卷）（1）估算太阳的质量M设T为地球绕日心运动的周期，则由万有力定律和牛顿定律可知G地球表面处的重力加速度g=G由、式联立解得M=m()2以题给数值代入，得M=21030kg（2）根据质量亏损和质能公式，该核反应发生一次释放的核能为E=（4mp+2me-m）c2,代入数值，解得E=4.210-12J（3）根据题给假定，在太阳继续保持在主星序阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为N=10%因此，太阳总共辐射出的能量为E=NE设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能为=4r2,所以太阳继续保持在主星序的时间为t=由以上各式解得t=以题给数据代入，并以年为单位，可得t=11010年=1百亿年【基础训练】 姓名 组别 【能力提高】1下列说法中正确的是 A聚变反应从外界吸收能量B聚变反应向外界放出能量C聚变反应可以无条件进行D聚变反应必须使核之间距接近10-15m2关于我国已建成的秦山和大亚湾两座核电站，下面说法正确的是 A它们都是利用核裂变释放的原子能B它们都是利用核聚变释放的原子能C一座是利用核裂变释放原子核能，一座是利用核聚变释放原子核能D以上说法均不对3氘和氚发生聚变反应方程是，若有2g氘和3g氚全部发生聚变，为阿伏加德罗常数，则释放的能量是（ ）ANA17.6MeVB5NA17.6MeVC2NA17.6MeVD3NA17.6MeV4.重核裂变和轻核聚变是人们利用原子能的两种主要途径，下列关于它们的说法中正确的是：( )A.裂变过程质量增大，聚变过程质量亏损 B.聚变过程质量增大，裂变过程质量亏损C.聚变和裂变过程都有质量亏损 D.聚变和裂变过程都有质量增加5重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种途径，下面关于它们的说法正确的是（ ）。A裂变和聚变过程中都有质量亏损 B裂变过程中有质量亏损，聚变过程中有质量增加C裂变过程中质量有所增加，聚变过程中有质量亏损D裂变和聚变过程中质量都增加6中子和质子结合成氘核，同时释放出光子，核反应方程是：，以下说法中正确的是（ ）。A反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和B反应前后的质量数不变，因而质量不变C由核子组成原子核一定向外释放能量D光子所具有的能量为，m为反应中的质量亏损，c为光速7太阳里的热核反应方程为:下列说法正确的是A和是两种不同元素的原子核 B 和是氢的两种同位素的原子核C这个反应过程中有质量亏损 D这个反应既是核反应,也是化学反应8【2003全国理综16】下面是列出的一些核反应方程：其中：（ ）A、X是质子，Y是中子，Z是正电子 B、X是正电子，Y是质子，Z是中子C、X是中子，Y是正电子，Z是质子 D、X是正电子，Y是中子，Z是质子9下列核反应中哪些是可能的 ( )A BC D10质子、中子组成氦核，释放一定的核能，质量分别是、则下列关系式中正确的是 ( )A BC D以上三种情况都有可能11. 已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，的核质量为3.015u。 （1）写出两个氘核聚变成的核反应方程 （2）计算上述核反应中释放的核能量 （3）若两氘核以相等的动能作对心碰撞，即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的核和中子的动能各是多少？11. 解析：本题主要考查：（1）核反应方程的书