第5章 5.3聚变与受控热核反应 5．4核能利用与社会发展

1、.5.3聚变与受控热核反响54核能利用与社会开展学 习 目 标知 识 脉 络1.知道聚变和聚变反响特点，知道聚变的条件重点2.会写聚变方程并能计算聚变释放的能量重点、难点3.理解受控热核反响的装置“托卡马克以及我国对受控热核反响研究的成果.4.理解核能的优越性，核平安性与核废料处理的方法.聚 变 与 受 控 热 核 反 应1轻核聚变1定义使平均结合能小的轻核聚合成一个较重的原子核又称热核反响2条件利用几千万开尔文以上的高温，形成物质的第四态等离子态，原子核获得足够大的动能，通过碰撞使一部分核接近到足以发生聚变的间隔 3核反响举例21H31HHe10n17.6 MeV.4特点在消耗一样质量的核燃

2、料时，轻核聚变比重核裂变能释放的能量更多热核反响一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身就可以使反响进展下去5普遍性热核反响在宇宙中时时刻刻地进展着，太阳以及许多恒星内部，都要不断地进展着聚变反响2受控热核反响1实验装置受控热核反响实验装置称为“托卡马克，它是一种利用强磁场约束等离子体的环流器2原理中央螺线管通电后在环形真空室中感应出强电流，加热核燃料，使其成为等离子体中央螺线管与同轴环形线圈一起形成螺旋状磁场，将等离子体约束在环状真空室中1太阳中发生的是可控热核聚变反响×2轻核发生聚变反响不需要条件×3轻核发生聚变反响核子必须接近到核力发生作用的范围为什么制造氢弹必需要具

3、有制造原子弹的才能？【提示】氢弹爆炸是热核反响，需要到达几千万开以上的高温才能进展，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到达热核反响的条件，故只有具备了制造原子弹才能的国家才能制造氢弹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间隔 1015 m，这要抑制电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能，有一种方法就是把它们加热到几千万开尔文的高温2轻核聚变是放能反响：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反响是一个放能反响3核聚变的特点1在消耗一样质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量2热核反响一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身

4、产生的热就可以使反响进展下去3普遍性：热核反响在宇宙中时时刻刻地进展着，太阳就是一个宏大的热核反响堆4核聚变的应用1核武器氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反响装置它利用弹体内的原子弹爆炸产生的高温高压引发热核聚变爆炸2可控热核反响：目前处于探究阶段5重核裂变与轻核聚变的区别重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反响比裂变反响平均每个核子放出的能量要大34倍核废料处理难度聚变反响的核废料处理要比裂变反响简单得多原料的蕴藏量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%主要原料是氘，

5、氘在地球上的储量非常丰富.1 L海水中大约有0.03 g氘，假如用来进展热核反响，放出的能量约与燃烧300 L汽油相当可控性速度比较容易进展人工控制，如今的核电站都是用核裂变反响释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它1以下说法正确的选项是 A聚变是裂变的逆反响B假如裂变释放能量，那么聚变反响必定吸收能量C聚变须将反响物加热至数百万度以上高温，所以聚变反响又叫热核反响D裂变反响速度可以实现人工控制，轻核聚变反响速度也可以人工控制【解析】聚变是轻核聚合成次轻核，裂变是重核分裂成中等质量的核，二者无直接关系，故A错聚变和裂变在能量流向上也无直接关系，故B错核聚变反响是热核反响，需数百万度的高温，

6、但聚变反响一旦开场所释放的能量就远大于所吸收的能量，因此聚变反响还是释放能量的，故C正确，如今已经能实现裂变反响速度的人工控制，但除氢弹外，还不能实现轻核聚变的人工控制，D错误【答案】C2多项选择能源是社会开展的根底，开展核能是解决能源问题的途径之一，以下释放核能的反响方程，表述正确的选项是 A.HHHen是核聚变反响B.HHHen是衰变C.UnBaKr3n是核裂变反响D.UnXeSr2n是衰变【解析】HHHen是轻核聚变反响，A正确，B错误；UnBaKr3n和UnXeSr2n均为重核裂变反响，C正确，D错误【答案】AC3氘核和氚核可发生热核聚变而释放出宏大的能量，该反响方程为：HHHex，式

7、中x是某种粒子：H、H、He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u，c是真空中的光速由上述反响方程和数据可知，粒子x是_，该反响释放出的能量为_MeV结果保存3位有效数字【解析】根据质量数和电荷数守恒可得x是n中子核反响中的质量亏损为m2.014 1 u3.016 1 u4.002 6 u1.008 7 u0.018 9 u所以该反响释放出的能量为Em·c217.6 MeV.【答案】n或中子17.6对轻核聚变理解的两个误区1误认为聚变就是裂变的逆反响产生这种误区的原因是对聚变和裂变的本质没有透彻理解，裂变时重核分裂成

8、中等核，而聚变是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反响2正确判断聚变、裂变、衰变及人工转变的方程这四种方程在形式上很相近，因此判断时容易混淆出错，要想正确判断必须抓住它们的本质：核聚变是轻核结合成质量较大的核，也会放出中子；重核裂变时铀核捕获中子裂变为两个或更多个中等质量的核，并放出几个中子；人工转变常用粒子或中子去轰击原子核，产生新原子核并放出一个或几个粒子；衰变是原子核自发地转变为另一种核，并向外辐射出粒子或粒子的反响，衰变根据向外辐射粒子的不同分为衰变和衰变两种 核能利用与社会开展1核能的优越性1核燃料提供的能量宏大2核燃料的储量丰富3核燃料的运输和储存方便4清洁卫生，对环境的污

9、染小2核平安性为了防止放射性物质的泄漏，核电站设置了4道平安屏障3核废料处理1后处理技术2沥青固化或水泥固化贮存地下库3玻璃固化，埋藏深层废料库1作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大2核电废料难以处理，对环境的污染比火电大×3核武器威力宏大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严重破坏核反响堆中的防护层的构造和作用是什么？【提示】核反响堆中的防护层一般由金属套、防止中子外逸的水层以及1 m2 m厚的钢筋混凝土构成，可以有效地防止射线对人体及其他生命的损害1核能利用核原料提供的能量宏大，1 kg铀释放的全部能量大约相当于2 700 t标准煤完全燃烧放出的能量地球上的常规能源一般都无法

10、跟核能相比除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，假如能把钍利用起来，核电的开展前景将更为广阔热核反响所需的氘更是储量丰富核原料的运输和储存方便，如：一座100万千瓦核电站一年所需原料铀，只需6辆卡车就可全部运到现场核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘，有利于环境保护2环境保护核电站为防止放射性物质的泄漏，一般有4道平安屏障：二氧化铀陶瓷体燃料芯块滞留裂变产物，外面密封锆合金包壳，第三道是压力边界，第四道是平安壳这些措施大大进步了核能利用的平安性3废料处理对核废料先回收利用，剩下的废料就很少了，将其中低放射性废料进展沥青固化或水泥固化后，储存在地下浅层废料库，对高

11、放射性的废料采用玻璃固化后，埋藏在深层废料库加之实时监测等措施都降低了对环境污染的可能性4核电站1原理原子核的链式反响是在人工控制下进展释放的核能转化为内能，再由蒸汽轮机带动发电机转化为电能，使核能为人类和平建立效劳2优点核能发电比燃煤发电的本钱低，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的燃煤发电站每年要消耗250万吨优质煤核电站对环境的污染要比燃煤发电小得多4多项选择为应对能源危机和优化能源构造，进步清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快开展风电和再生能源的政策，在?核电中长期开展规划?中要求2020年核电运行装机总容量到达4 000万千瓦的程度，请根据所

12、学物理知识，判断以下说法中正确的选项是 A核能发电对环境的污染比火力发电要小B核能发电对环境的污染比火力发电要大C所有核电站既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能D假如核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理更简单，对环境污染更小【解析】目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反响堆中应用的是比较清洁的能源，故A正确，B、C错；假如核电站能实现可控轻核聚变发电，其核废料处理起来比铀核裂变废料更容易，对环境污染也更小，D正确【答案】AD5多项选择关于核能的利用，以下说法正确的选项是 A核电站的反响堆将释放的核能转化为蒸汽的内能，再转化为电能B采用“内爆法促使链式反响，做成的原子弹设计难度大，但材料利用率高C核电站