高中物理人教版选修3-5课件第十九章7~8核聚变粒子和宇宙

学必求其心得，业必贵于专精

1 7 核聚变

8 粒子和宇宙

疱丁巧解牛

知识·巧学

一、核聚变

1.定义:轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变。

例如H21+H31→He42+n10

2。聚变发生的条件

(1)要使轻核聚变,就必须使轻核接近核力发生作用的距离10—15m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10-15m就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求原子核具有足够的动能.要使原子核具有足够大的动能，就要给核加热，使物质达到几百万摄氏度的高温.

（2）在高温下,原子已完全电离，形成物质第四态——等离子态，等离子体的密度及维持时间达到一定值时，才能实现聚变.

3。轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚合放出更大的能量，由于温度较高，所以聚变也称为热核反应.

联想发散 原子弹爆炸时，能产生这样的高温，然后引起轻核的聚变，氢弹就是根据这一原理制成的.太阳等许多恒星内部都进行着剧烈的核聚变，温度高达107 K以上，向外释放大量的能量，地球只接收了其中的二十亿分之一左右。

4。聚变与裂变的比较

（1)能用于热核反应的原料极其丰富，裂变的原料比较稀缺.

（2)同样情况下聚变放出的能量比裂变大. 学必求其心得，业必贵于专精

2 (3)热核反应后的遗留物对环境污染小，这一点裂变无法相比。

二、受控热核反应

1.热核反应的优点(与裂变相比）

（1)产生的能量大；

(2）反应后生成的放射性物质易处理；

(3)热核反应的燃料在地球上储量丰富.

2。实现核聚变的难点

地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，为解决这个难题，目前有3种方法对等离子体进行约束，即引力约束、磁约束和惯性约束。

3。热核反应的两种方式

爆炸式热核反应；

受控式热核反应,目前正处于探索、试验阶段。

三、“基本粒子”不基本

1。19世纪末,许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子.

- 1 - 核聚变 粒子和宇宙

核聚变

[探新知·基础练]

1．核聚变

(1)定义：

两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变。聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。

(2)发生条件：

轻核聚变必须在温度达到几百万开尔文时，才可以发生，因此又叫热核反应。聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。

(3)实例：

①热核反应主要应用在核武器上，如氢弹；

②热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反射堆；

③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。

2．受控热核反应

(1)聚变与裂变相比有很多优点： - 2 - 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。

(2)实现核聚变的方法：

①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温；

②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．我国一些核电站已经开始大规模利用轻核聚变发电。(×)

2．轻核聚变须达到几百万开尔文以上的高温，自然界不存在轻核聚变。(×)

[释疑难·对点练]

1．从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。

例如：21H＋31H→10n＋42He＋17.6 MeV。

2．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。

3．特点

(1)在消耗相同质量的核燃料时，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使反应进行下去。

核聚变 粒子和宇宙

题组一 核聚变

1.(多选)下列关于聚变的说法中,正确的是( )

A.要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功

B.轻核聚变需要几百万摄氏度的高温,因此聚变又叫热核反应

C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应

D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应

解析:聚变时,要使轻核之间的距离达到10-15 m,所以必须克服库仑斥力做功。原子核必须有足够的动能,才能使它们接近核力能发生作用的范围。实验证明,原子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量,氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应的。在太阳和许多恒星内部存在着热核反应。

答案:ABCD

2.(多选)关于聚变,以下说法正确的是( )

A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量

B.同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍

C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积

D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能

解析:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量,但不一定是中等质量的核,故A错误。聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,故B正确。裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积,而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15 m,故要求有足够大的动能才能克服电荷间强大的斥力做功,故C错误,D正确。

答案:BD

3.科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe→He。关于He聚变,下列表述正确的是( )

A.聚变反应不会释放能量

B.聚变反应产生了新的原子核

C.聚变反应没有质量亏损

D.目前核电站都采用He聚变反应发电

解析:聚变反应是轻核变为较大质量核的反应,发生质量亏损,释放能量。目前核电站采用重核裂变反应。

7 核聚变 8 粒子和宇宙

记一记

核聚变 粒子和宇宙知识体系

1种模型——夸克模型

1个核反响——轻核聚变

3种粒子——强子、轻子、媒介子

辨一辨

1.核聚变时吸收能量．(×)

2．核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反响中平均每个核子放出的能量大．(√)

3．热核反响主要用在核武器上，那就是原子弹．(×)

4．轻核聚变比裂变更平安、清洁．(√)

5．实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．(√)

6．现在已经实现了技术突破，能够稳定地输出聚变能．(×)

想一想

1.核聚变需要满足什么条件？

提示：必须使核之间的距离到达10－15 m以内．

2．为什么要用原子弹才能引爆氢弹？

提示：由原子弹爆炸产生的高温引发氢弹的热核反响．

3．为什么现在将“根本〞二字去掉，统称为粒子？

提示：原来发现的根本粒子都是由更根本的粒子组成，现在发现的粒子也可能会被证实会由其他粒子组成，所以现在将“根本〞二字去掉，统称为粒子．

4．为什么说夸克模型是物理学开展中的一个重大突破？

提示：夸克模型是物理学开展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．

思考感悟：

练一练

1.发生轻核聚变的方法是( )

A．用中子轰击

B．保持室温环境，增大压强

C．把物质加热到几百万摄氏度以上的高温

D．用γ光子照射

解析：轻核聚变需要几百万摄氏度以上，使核子间的距离到达10－15 m以内，核力发生作用发生聚变反响，选项C正确．

答案：C

2．[2022·天津卷]我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变工程的重大奉献．以下核反响方程中属于聚变反响的是( )

A.21H＋31H→42He＋10n

B.14 7N＋42He→17 8O＋11H

C.42He＋2713Al→3015P＋10n

D.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n