2017-2018学年高二物理选修3-5课件：4-3-4-4核聚变 核能的利用与环境保护 精品

• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2021/3/112021/3/11Thursday, March 11, 2021
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2021/3/112021/3/112021/3/113/11/2021 12:32:12 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2021/3/112021/3/112021/3/11Mar-2111-Mar-21 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2021/3/112021/3/112021/3/11Thursday, March 11, 2021 • 13、志不立，天下无可成之事。2021/3/112021/3/112021/3/112021/3/113/11/2021
。2021年3月11日星期四2021/3/112021/3/112021/3/11
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/112021/3/112021/3/113/11/2021
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/112021/3/11March 11, 2021
pU = pα
Ek
1m2
2
p2 2m
α 粒子的动能为
二、受控热核反应
——核聚变的利用
可控热核反应可以为人类提供巨 大的能源，和平利用聚变产生的核量 是非常吸引人的重大课题。2009年6月 11日，位于成都的核工业西南物理研 究院宣布，该院在受控核聚变实验装 置——中国环流器二号A装置上首次实 现了偏滤器位形下高约束模式运行。
这是我国磁约束聚变实验研究史 上具有里程碑意义的重大进展，标志 着中国磁约束聚变能源开发研究综合 实力与水平有了新的提高。

（2）地球上聚变燃料的储量丰富
每升水中就含有 0.03 g 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。 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,轻核聚变是能源危机的终结 者。
（3）轻核聚变更安全、清洁
实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持， 反应就自动终止了。
（4）反应中放射物质的处理较容易
氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废 物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、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。
2. 现在的技术还不能控制热核反应，问题有
太阳的中心发生 核聚变，放出巨大 能量，太阳；这个 天然的的核聚变过 程已经发生了好几 十亿年
二、受控热核反应——核聚变的利用
1.聚变与裂变相比的优点： （1）轻核聚变产能效率高
相同的核燃料释放的能量多。常见的聚变反应平均每个核子放出 的能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
2 1 3 2 1 0
2 1
2 1
H H He H
2 1 3 2 1 1
3 1 4 2 1 0
H H He n
计算下面核聚变放出的能量:
2 1
H + H He + n
3 1 4 2 1 0
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u 氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
201 是铀裂变（ = 0.852MeV）的约4倍。 235 + 1
2、发生聚变的条件:

220 ×6.02×1023 个=5.64×1023 个 235
N 个铀核裂变放出能量为 E 总=5.64×1023×200MeV=1.13×1026MeV 转化成电能为 E 有=E 总×25%=2.83×1025MeV=2.83×1025×106×1.6×10-19J=4.53×1012J 一昼夜时间为 t=24×3600s=86400s 所以电功率 P=
触类旁通在例题 1(3)中,与每个核子放出的能量对应的质
量亏损为多少? 解析:由 ΔE=Δmc2 知 Δm≈0.002 23 u。 答案:0.002 23 u
-10-
第3节 核聚变 第4节 核能的利用与环境保护
探究一 探究二
首 页
J 基础知识 Z 重点难点
ICHU ZHISHI
HONGDIAN NANDIAN
UITANG LIANXI
【例题 1】一个质子和两个中子聚变为一个氘核,已知质子质量 mH=1.0073u,中子质量 mn=1.0087u,氘核质量 m=3.0180u。 (1)写出聚变方程。 (2)求释放出的核能是多大? (3)求平均每个核子释放的能量是多大? 点拨:利用质能方程求解。
3 解析:(1)聚变方程为 1 H+21 0 n→1 H。 1
4 3 从海水中提取,天然的氚不存在,但可通过该反应 0 n+6 3 Li→2 He+1 H 得到。 1 1 3 4 H+1 H→2 He+ 0 n。 同时释放 1 2
17.51MeV 的
能量,平均每个核子释放 3.5MeV 的能量,比裂变中平均每个核子释放的能
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第3节 核聚变 第4节 核能的利用与环境保护
S 随堂练习
UITANG LIANXI

D.29328U→29324U→29304Th＋42He
解析 因为轻核结合成质量较大的核叫聚变．此题关键在一个
“聚”字，暗示变化之前至少有两种核，四个选项中只有 B
项符合要求．
答案 B
原料的蕴 藏量
主要原料是氘非常丰富.1
储量有限，尤其用于核 L海水中大约有0.03 g氘
裂变的铀235在铀矿石中 ，如果用来进行热核反
只占0.7%
应放出的能量约和燃烧
300 L汽油相当
可控性
速度比较容易进行人工 控制，现在的核电站还 都用裂变反应释放核能
目前，除氢弹以外，人 们还不能控制它
6 核聚变
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； 3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量，如果能加以控制将为
人类提供广阔的能源前景； 4．了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史．
一、核聚变 定义：两个轻核结合成质量较大的核，轻核聚变必须在高温下 进行，因此又叫热核反应 ． 能量变化：轻核聚变后，平均结合能 增加 ，反应中会 释放 能量． 核反应举例：21H＋13H→ 42He ＋10n＋17.6 MeV. 核反应条件：必须使它们的距离达到 10－15 m 以内，使核具有 足够的 动能 ，轻核才能够发生聚变．
热核反应的两种方式： 爆炸式热核反应和受控式热核反应． 聚变与裂变的对比
反应方式 比较项目
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
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大 放能多少
约要大3～4倍
核废料 处理难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多

核反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应中生成的
3 2
He
核中
子的动能各是多少?
解析:(1)应用电荷数守恒和质量数守恒可写出该核反应方 程:212H→23He+10n。
(2)该核反应中的质量亏损 Δm=2×2.013 6 u-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u。 由爱因斯坦质能方程得释放的核能 ΔE=Δmc2=0.003 5 uc2=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。
m mD mT (m mn ) 0.018884u
E mc2 0.01884 931.5MeV
E 17.59MeV
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
铀235
原
子
外壳 弹 2 1
H31
H42
He
1 0
n
普通炸药 爆炸 Ｕ235 裂变
氘、氚、重 氢化钾等
氘、氚 聚变
引爆装置
热核反应
裂变反应
相同的核燃料释放的能量多
反应中放射物质的处理较易
反应中的核燃料资源较丰富
目前控制聚变反应还有困难 核反应发生条件较易实现
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 H3H4 He 1n
1
1
2
0
氘核的质量：mD＝2.014102u 氚核的质量：mT＝3.016050u
氦核的质量：mα＝4.002603u 中子的质量：mn=1.008665u
(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能,即转化为
3 2
He
核
和中子的动能,设
3 2
He

量亏损为多少?
解析:由 ΔE=Δmc2 知
Δm≈0.002 23 u。
答案:0.002 23 u
探究一
探究二
核电站问题
●问题导引●
风能、潮汐能属于无污染能源,但能量的转化率较低,相比之下核能是
一种高效的能源。在核电站中,为了防止放射性物质泄漏,核反应堆有三道
防护屏障:燃料包壳、压力壳和安全壳,其中安全壳应选用哪种材料最好?
(3)平均每个核子放出的能量为
6.24
MeV=2.08MeV。
3
答案:(1)11 H+10 n→13 H (2)6.24MeV
(3)2.08MeV
探究一
探究二
题后反思核反应方程要根据电荷数守恒和质量数守恒求
解,核能的计算关键是求出核反应中的质量亏损,然后根据爱因斯坦质能方
程求解。
触类旁通在例题 1(3)中,与每个核子放出的能量对应的质
1
17.51MeV 的
能量,平均每个核子释放 3.5MeV 的能量,比裂变中平均每个核子释放的能
量大得多。
(3)聚变反应不仅能释放巨大的能量,而且所用的燃料容易获得。氘可
1
从海水中提取,天然的氚不存在,但可通过该反应 0 n+63 Li→42 He+13 H 得到。
2.可控热核聚变反应
(1)要使核子发生聚变,必须使核子接近核力能发生作用的范围。两个
提示:混凝土。
探究一
探究二
●名师精讲●
1.核电站是使原子核的链式反应在人工的控制下进行,使释放的核能
转化为内能,再由蒸汽轮机带动发电机转化为电能,使核能为人类的和平建
设服务。
2.核电站的核心设施是核反应堆,反应堆用的核燃料是浓缩铀 235,它