《核聚变和受控热核反应》课件1.ppt

1、核聚变,和,受控热核反应,核子的平均质量与原子序数之间的关系,E,D,F,A,知识回顾,导入新课,轻核能结合成中等质量的核吗？如果能，这个过程能放出能量吗？,（2）重核分裂成中等质量的核时放出能量,（1）核子结合成原子核时放出能量,通过前面的学习，我们知道，可以释放出能量的核反应有：,想一想,能源是推动科学技术和经济高速发展的动力保障，需求正在急剧增加。煤、石油等化石能源的不可再生，使资源日益枯竭，而且给地球带来了巨大的污染，这些因素促使人们更加重视寻找洁净的、可持续发展的新能源。,近年来，核能作为一种新能源倍受人们关注，重核裂变和轻核聚变是获得核能的两个重要途径。,1967年6月17日，我国

2、第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。,氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题.,氢弹爆炸,教学目标,1、知识与能力,2、过程与方法,3、情感态度与价值观,教学重难点,1、重点,2、难点,本节导航,1、聚变,2、可控热核反应,聚变,研究表明，有些轻核结合成中等质量的和时，会发生比裂变更大的质量亏损，从而释放出更为巨大的核能。,轻核结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称为核聚变（nuclear fusion）。,核聚变发展的历史进程,核聚变发展的历史进程,两个氘核结合成为一个氦核就是

3、聚变。核裂变方程为,通常，聚变反应不只合成一个核，它还会生成其他粒子。例如，一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核，并放出一个中子，这个聚变核反应方程为,一个氘核和一个氚核的聚变示意图,根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:,由以上计算可知，这个核聚变反应释放17.6MeV的能量，平均每个核子释放的能量为3MeV以上，比裂变反应中每个核子释放的核能量大34倍。,想一想,为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？,聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大 。,由图得知，因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，,想一想,核聚变发生需要什么条件

4、呢？,微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，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。,宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。,解释一下,当物体达到几百万摄氏度以上的超高温时，聚变物质完全电离成等离子体。在高温、高密度等离子体中，剧烈的热核运动使一部分轻核获得足够的动能而在碰撞中达到十分接近的距离，从而发生聚变。所以，聚变反应又称为热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界继续提供能量，靠自身产生的热就可以进行下去。,氢具有最简单的原子核结构，是宇宙中含量最丰富的元素。氢核的聚变给宇宙带

5、来了光和热，为宇宙提供了能源之本。,热核反应在宇宙中是很普遍的。太阳内部和许多恒星内部，强大的引力使聚变物质处于高密度状态，温度高达107K以上。,热核反应在那里稳定地进行着，其中主要是氢核聚变成氦核。可以讲，恒星是产生稳定热核聚变的“天然聚变反应堆”，它能持续地“光芒四射”。,例如太阳中的热核反应使它每秒钟辐射约3.81026J的能量，地球上只接受了其中的二十亿分之一左右，而这真是地球最基本的能量来源。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿100亿年 .,在地球上，尽管核聚变的原料氢比核裂变的原料铀要丰富得多，但通常难以获得引

6、发核聚变的超高温和超高压。唯一已实现并能释放大量核能的人为核聚变是氢弹爆炸。,氢弹是通过原子弹爆炸所产生的高温、高压来引发氢核聚变的。,氢弹原理示意图,氢弹爆炸简单示意图,可控热核反应,与裂变反应相比，热核反应具有以下优点。,第一，轻核聚变产能效率高 。即，用相同质量的核燃料，热核反应释放的核能比裂变反应大得多。,第二，轻核聚变反应更为安全、清洁。热核反应不存在核废料处理问题，而裂变时产生的放射性物质，处理比较困难。,第三，地球上聚变燃料的储量丰富 。热核反应的原料氘，在地球上的储量十分丰富。如1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油。,现在的技术不足以控制

7、热核反应。,磁场约束,我们知道，带电粒子在磁场中运动要受到垂直于粒子运动方向的洛伦兹力的作用，这种作用可以用来约束参加反应的和核质，使其不致扩散开来。,在磁约束核聚变装置中洛伦兹力将高温等离子体约束在一定空间范围内，使这种高密度状态能保持一段时间，从而引发聚变。,目前，各国普遍采用的磁约束装置是环形电流器，简称环流器，又称托卡马克，其结构如下图。,课堂小结,1、聚变, 轻核结合成质量较大的核，释放出核能的核反应称为核聚变。, 轻核必须获得足够的动能并处于很高密度下才能引起聚变。,2、可控热核反应, 热核反应与裂变相比有很多优点。, 将聚变物质约束的办法有惯性约束和磁约束。, 托卡马克装置。,1

8、.（08北京）一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是（ ）,高考链接,D光子的波长,C辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)c2,B聚变反应中的质量亏损 m =m1+m2-m3,A核反应方程是,B,2.(06广东)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是( ),核能大小的计算公式是,C“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 E=mc2,B“人造太阳”的核反应方程是,A“人造

9、太阳”的核反应方程是,D“人造太阳”,AC,3. (06全国卷)现有三个核反应：,D. 是衰变，是聚变，是裂变,C. 是衰变，是裂变，是聚变,B. 是聚变，是裂变，是衰变,A. 是裂变，是衰变，是聚变,下列说法正确的是（ ）,C,课堂练习,1、下列核反应方程中，表示核聚变反应的是（ ）,A.,B.,C.,D.,B,课本知识的简单考查。,2、氘核（ ）和氚核（ ）聚合成氦核（ ）的和反应方程如下：,设氘核质量为m1，氚核质量为m2，氦核m3，中子质量为m4，则反应过程中释放的能量为（ ）,A. (m1+m2-m3)c2,B. (m1+m2-m4)c2,C. (m1+m2-m3-m4)c2,C. (m3+m4-m1-m2)c2,C,教材习题答案,1. 发生核聚变的条件是氢核必须具有足够的动能并处于很高密度下才发生。因为只有在几百万摄氏度超高温下，聚变物质完全电离成等离子体，剧烈的热运动使一部分氢核获得足够动能，克服巨大的静电斥力相互碰