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优秀课件人教版高中物理选修3-5核聚变 (共16张PPT)

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高中物理 19.7 核聚变 19.8 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5

高中物理 19.7 核聚变 19.8 粒子和宇宙课件 新人教版选修3-5

中子10n带电荷量为 2e2(1故e)B0正. 确.
3
3
精选ppt
【典例】(2011·聊城高二检测)两个动能均为1 MeV的氘核发
生正面碰撞，引起如下反应：21H+21H
31H+11H.已知：
氘核的质量为2.013 6 u，氚核的质量为3.015 6 u，氢核的
质量为1.007 3u，1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV.试求
精选ppt
【标准解答】(1)由质能方程，核反应中放出的能量为： ΔE=Δmc2=(2×2.013 6 u-3.015 6 u-1.007 3 u)×(3× 108 m/s)2=4.005 MeV. (2)相互作用过程中动量守恒p1=p2
新生的氚核的动能：
Ek1
m1v12 2
p12 2m1
新生的氢核的动能：
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
精选ppt
一、核聚变的发生条件、特点及其与核裂变的比较
精选ppt
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
克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸
克组成
精选ppt
【解题指导】题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电 荷量，据质子11H带一个元电荷的电荷量及中子10n不带电进行 判断.
【标准解答】选B.根据质子和中子所带电荷量，经验证：质
子11H带电荷量为 22e(1e)e

高中物理选修3-5：19.7 核聚变 课件

高中物理选修3-5：19.7 核聚变 课件

• 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。

人教版高二物理选修3-5第十九章19.6_7核裂变与核聚变(共19张PPT)

人教版高二物理选修3-5第十九章19.6_7核裂变与核聚变(共19张PPT)

例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
3 He 核的质量为3.0150u。求：
2
（1）写出两个氘核聚变成
3 He
2
的核反应方程式
（2）计算上述核反应中释放的核能。
【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方 程即可求出反应释放的核能。
解答： （1）
12H 12H 23He01n
1kg
U 2 3 5
92
含有2.56×1024个
U 2 3 5
92
，如果全部发生核
裂变，放出的能量为8.2×1013J
（2）链式反应：
29325U+01n→15461Ba+3962Kr +301n
? U 235 92
→15461Ba+3962Kr
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代 继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
H
12
H
42
He
10
n 17.6MeV
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
17.6 = 3.52MeV却是铀裂变（
23
201 235 1 = 0.852MeV）的约4倍。
1、轻核聚变的条件：
核子要距 离十分近
加热 高温
几百万度 高温
热核反应
条件、应用
➢使轻核发生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10-15m的距离。 ➢为了克服巨大的库仑力，需要使原子核有极大的动 能。 ➢一般的办法是把它们加热到很高的温度。通常需要 几百万度以上的高温。
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”。

《核聚变》【公开课教学PPT课件】高中物理

《核聚变》【公开课教学PPT课件】高中物理

活动1：小小科学家 磁约束——环流器（托卡马克）
活动1：小小科学家 磁约束——仿星器
活动1：小小科学家
惯性约束---激光点火
神 光 Ⅲ 号
二、受控热核反应
2、可控核聚变的实现方法
• 磁约束
将燃料锁定在一定空间
• 惯性约束
产生高温
二、受控热核反应
三、核聚变能源的利用
• 核聚变能源被誉为人类的终极能源 • 具有产能高、原料丰富、废料清洁等优点
3、实现方法 • 把原子核加热到足够大的温度
几百万开尔文高温
二、受控热核反应
1、实现核聚变的难点
• 地球上没有容器能承受如此高的温度 • 几百万开尔文的高温如何实现？ 通过查找资料，你是否了解到国际上主流的做法？
活动1：小小科学家 课前自主学习，课堂展示风采
• 介绍一种实现可控核聚变的方法及其原理？
2007年10月，中国、欧盟、印度、日本、韩国、 俄罗斯和美国等七个国家和地区合作开展“国际核聚变 实验（ITER）”计划。
活动2：科学辩论会 辩题：开发核聚变能源的利弊
正方：利大于弊
反方：弊大于利
一辩：陆睿韬 二辩：刘 旭 三辩：邢牧凡 四辩：胡予萱
VS 一辩：李敏慧 二辩：陆子骏 三辩：刘静怡 四辩：彭 皓
主要成分：氢
核
+
聚
高温1.5 x 107K
变
高压2000亿帕斯卡
科学家估计：
太阳核聚变能维持90~100亿年
核聚变的利用——氢弹
外壳
弹
氘、氚等热 核燃料
引爆装置
三种组合：
普通炸药 爆炸
Ｕ235
裂变
氘、氚 聚变
2 1
H

人教版高中物理选修3-5 19.6核裂变PPT(54张)优质课件

人教版高中物理选修3-5 19.6核裂变PPT(54张)优质课件

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原子弹
原子弹相关的几个描述
“小玩意儿”钚装药重6.1 kg,TNT当量2.2万吨，试 验中产生了上千万度的高 温和数百亿个大气压，致 使一座30米高的铁塔被熔 化为气体，并在地面上形 成一个巨大的弹坑
在半径为400米的范围 内，沙石被熔化成了黄 绿色的玻璃状物质，半 径为1600米的范围内， 所有的动物全部死亡
使裂变物质能够发生链式反应的最小体积，叫 做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量
人教版高中物理选修3-5 19.6核裂变PPT(54张)优质课件
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链式反应的发生条件
发生链式反应的条件： ①要有足够浓度的铀235
防止杂质吸 收中子，影 响链式反应
原子弹
美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤
在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团， 爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里 多．
广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生， 72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53% ．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人， 占全市37% ．
②要有足够数量的慢中子
③铀块的体积要大于临界体积， 质量大于其临界质量
人教版高中物理选修3-5 19.6核裂变PPT(54张)优质课件
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链式反应的过程
铀核裂变的过程
核子受激发： 当中子进入铀235后，便形成了处于激 发状态的复核，复核中由于核子的激烈 运动，使核变成不规则的形状 核子分裂： 核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而 不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2~3个中子，这些中子又引起其 他铀核裂变，这样裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能 核能的释放： 由于重核的核子的平均质量大于中等质量原子核的核子的平均质量，因此，铀核裂变为中 等质量的原子核时，会发生质量亏损，释放核能

人教版高中物理选修3-5课件：19-7、8 核聚变(共56张PPT)

人教版高中物理选修3-5课件：19-7、8 核聚变(共56张PPT)

3．质子、电子、中子还是最小基本粒子吗？电子的电荷量 还是电荷量的最小单位吗？ 提示：随着科学的进一步发展，科学家们逐渐发现了数以百 计的不同种类的新粒子， 它们都不是由质子、 中子、 电子组成的， 又发现质子、中子等本身也是复杂的结构，所以电子、质子、中 子并不是组成物质世界的最小基本粒子． 电子的电荷量也不是电 2 1 荷量的最小单位，夸克的电荷量有 e， e 等分数电荷. 3 3
质疑探究
1．大海航行靠舵手，万物生长靠太阳．没有太阳，地球上 就不可能有姿态万千的生命现象， 当然也不会孕育出作为智能生 物的人类．太阳是靠什么为地球生命提供巨大的能量呢？ 提示：太阳辐射的能量是在氢聚变成氦的过程中产生的．
2．使轻核合成质量较大的核的难点是什么？ 提示： 要使两个轻核接近到 10－15 m 内， 核力才能发生作用， 但进入这样的范围需克服很大的库仑斥力， 使轻核具有足够的能 量是难点之一．
2．恒星的演化 (1)恒星的形成：大爆炸后，宇宙尘埃在万有引力作用下形 成 星云团 ，进一步凝聚使引力势能转变为 内能 ，温度升高， 直到发光，于是 恒星 诞生了． (2)恒星的演变：核聚变反应，层级递进地在恒星内发生， 直到 各种热核反应不再发生时，恒星的 中心密度 达到极大．
(3)恒星的归宿：恒星最终归宿与恒星的质量大小有关．当 恒星的质量小于 1.4 倍太阳质量时，演变为 白矮星 ；当恒星的 质量是太阳质量的 1.4 倍～2 倍时，演变为 中子星；当恒星的质 量更大时，演变为 黑洞．
一个质子和两个中子聚变为一个氘核，已知质子质量 mH＝ 1.0073 u，中子质量 mn＝1.0087 u，氘核质量 m＝3.0180 u (1)写出聚变方程； (2)求释放出的核能多大？ (3)求平均每个核子释放的能量是多大？ 【思路启迪】 1.核反应方程要根据什么规律书写？

人教版高中物理选修3-5课件： 19.7核聚变 (共19张PPT)


二、受控热核反应 1、聚变与裂变相比
①轻核聚变产能效率高
②地球上聚变燃料的储量丰富
③轻核聚变更安全可控、清洁 ④反应中放射物质的处理较容易
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。为了解决这个难题，科学家设想了两种方案，磁约束和惯性 约束。
1、聚变与裂变相比
①轻核聚变产能效率高 ②地球上聚变燃料的储量丰富 ③轻核聚变更安全可控、清洁 ④反应中放射物质的处理较容易
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。为了解决这个难题，科学家设想了两 种方案，磁约束和惯性约束。
磁约束 ——环流器
带电粒子运动时在均匀磁场中会由于洛伦兹力的 作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应 的物质。环流器，这是目前性能最好的一种磁约束装 置。
惯性约束
也可以利用聚变物质的惯性进行约束。由于聚变 反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及 扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从 各个方向照射参加反应的物质，使它们“挤”在一起 发生反应。
总的来说，实现受控核聚变还有一段很 长的路要走，比较乐观的估计是在21世纪 中叶有可能实现技术突破。一旦能够稳定 地输出聚变能、世界上将不再有“能源危 机”。
问题与练习解答：
1、什么是核聚变?聚变过中的能量转化有什么持点? 解： 两个氢核结合成质量较大的核，这样的核反 应叫做核聚变。聚变发生时需要提供巨大的能量， 但反应中放出的能量比提供的能量大得多。
2、一个α粒子合到一个168O核中，写出这个核反应的方程式。这个 反应式左右两边的原子相比。哪边具有较多的结合能?
19.7核聚变
1967年6月17日，我国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。

人教版高中物理选修3-5课件 19 核聚变课件


人民教育出版社 高二 |选修3-5
人民教育出版社 高二 |选修3-5
磁场约束
带电粒子在磁场中沿螺线运动，回旋半径R与磁感应强度B成反比。在很强 的磁场中，每个带电粒子的活动便被束缚在一根磁感线附近的很小范围内 ，只能沿磁感线做种纵向运动。在热核反应的高温下，物质处于等离子态 ，有带电粒子组成，而由于上述原因，强磁场可以使带电粒子的横向输运 过程受限。
核聚变的利用——氢弹
弹体
三种炸药：
普通炸药 铀235
外壳
小型 原子 弹
普通炸药
Ｕ235
氘、氚、重氢化 钾等
氘、氚
爆炸 裂变 聚变
引爆装置
2 1
H

3 1
H42
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
He

01n
人民教育出版社 高二 |选修3-5
受控热核反应——核聚变的利用
现在的技术还不能控制热核反应。
问题有： 1. 热核反应的的点火温度很高； 2. 如何约束聚变所需的燃料；
目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一 ITER计划将历时35年，其中建造阶段10年、运行和开发利用阶段20年
、去活化阶段5年。耗资50亿美元 主要成员：欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国 经过三年谈判，2006年5月24日，中国加入ITER计划 ITER计划是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计
第十九章 原子核
核聚变
人民教育出版社 高二 | 选修3-5
人民教育出版社 高二 |选修3-5
历史背景
1896年，贝克勒尔发现天然放射性，这是人们 第一次观察到的核变化。
1915年Albert Einstein 由广义相对论导出质能 方程

优秀课件人教版高中物理选修3-5第十九章《原子核》-核聚变 (共24张PPT)


活动1：小小科学家
磁约束——环流器（托卡马克）
活动1：小小科学家
磁约束——仿星器
活动1：小小科学家
惯性约束---激光点火
神 光 Ⅲ 号
二、受控热核反应
2、可控核聚变的实现方法
• 磁约束
将燃料锁定在一定空间
• 惯性约束
产生高温
二、受控热核反应
三、核聚变能源的利用
• 核聚变能源被誉为人类的终极能源 • 具有产能高、原料丰富、废料清洁等优点 2007年10月，中国、欧盟、印度、日本、韩国、 俄罗斯和美国等七个国家和地区合作开展“国际核聚变 实验（ITER）”计划。
我国第一颗氢弹爆炸成功
一、核聚变
1、定义
两个轻核结合成质量较大的核，同时释放大量
的核能，这样的核反应叫做聚变（fusion）
平均每个核子产生的能量是核裂变的3~4倍！
一、核聚变
2、核聚变的条件
要使原子核之间的距离达到10-15m。
V V
要克服巨大的库仑斥力，就需要获得足够大的动能
巨大的热核反应堆-----太阳
一、核聚变 （热核反应）
3、实现方法 • 把原子核加热到足够大的温度
几百万开尔文高温
二、受控热核反应
1、实现核聚变的难点
• 地球上没有容器能承受如此高的温度 • 几百万开尔文的高温如何实现？ 通过查找资料，你是否了解到国际上主流的做法？
活动1：小小科学家 课前自主学习，课堂展示风采
• 介绍一种实现可控核聚变的方法及其原理弊
正方：利大于弊 一辩：陆睿韬 二辩：刘 旭 三辩：邢牧凡 四辩：胡予萱
反方：弊大于利
VS
一辩：李敏慧 二辩：陆子骏 三辩：刘静怡 四辩：彭 皓
四、作业及资料推荐

人教版高二物理选修3-5课件 19.7核聚变(共26张PPT)

发现正电子
重核裂变 轻核聚变
比较容易 进行人工
控制 很难控制
29352U＋10n―→15446Ba＋8396Kr ＋310n 29352U＋10n―→15364Xe＋9308Sr ＋1010n
21H ＋31H ―→42H e＋10n
课堂小结：
1、核聚变 2、聚变的利用 3、核反应类型的判断
练习
1、关于我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站， 下列说法正确的是 ( ）
两个设想： 1、磁场约束
2、惯性约束
核聚变普遍存在于宇宙中
太阳
恒星
三．核反应的四种类型
类 型 可控性
核反应方程典例
衰 α衰变 变 β衰变
自发 自发
29382U→29340T h ＋42H e 29340T h →23941P a ＋－01e
人工 转变
174N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子) 42H e＋94Be→162C ＋10n (查德威克发现中子) 人工控制 2173Al＋42He―→3105P＋10n，3105P―→3104Si＋＋01e 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时
2、典例聚变方程:
2 1
H31H
4 2
He
1 0
n
2 1
H
21H23
He
01n
根据所给数据,计算下面核反应放出的能量:
2 1
H
31H42
He
01n
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
弹体
三种炸药：
普通炸药
小 型
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（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:
要使原子核间的距离达到10-15m，核力 才能大于电磁力 需要克服极大的库仑斥力，因此必须 让轻核具有很大的动能。 3、实现的方法有: 把原子核加热到很高的温度；
聚变反应又 叫热核反应
几百万开 尔文高温
核聚变的利用——氢弹
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的 增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核 子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是： 原子核的质量 核子数
一、核聚变
1 、 轻核的聚变
某些轻核能够结合在一起，生成一个较 大的原子核，同时放出大量的核能。这种核 反应叫做聚变。
2 1
H H He n
（1）热核反应的的点火温度很高 （2）如何约束聚变所需的燃料 （3）反应装置中的气体密度要很低 ，相当于常温常压下 气体密度的几万分之一
3. 实现核聚变的两种方案
（1）磁约束
带电粒子运动时在均匀磁场中会在洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可
能利用磁场来约束参加反应的物质。 环流器的结构
惯性约束聚变激光
中国环流器二号A装置
典 例 探 究
（2）由题给条件可求得质量亏损为： Δm = 2×2.0136 u－(3.0150 + 1.0087) u = 0.0035 u 释放的核能为： ΔE = Δmc2 = 0.0035×931.5 MeV= 3.26 MeV
例2.两个中子和两个质子可以结合成一个氦核， 已知中子的质量是1.008665u，质子的质量是 1.007276u，氦核的质量是4.0026u，求此核反应 的质量亏损和结合能。 (1u=1.66×10-27千克， c=3×108m／s) 解：△m＝0.029282u △E＝△mc2=0.029282×931MeV= 27.3MeV 或 △E ＝ △mc2 ＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 ＝ 4.37 ×10－12J
（2）惯性约束
由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及扩散就完
成了核反。在惯性约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质，
使它们“挤”在一起发生反应
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。
Δm = mD + mT - (mα + mn ) = 0.018884u
ΔE = Δmc = 0.01884 ×931.5MeV = 17.59MeV
2
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
17.6 子产生的能量 = 3.52MeV 2+ 3
弹体
三种炸药：
小 型 原 子 弹
普通炸药
铀235 外壳
普通炸药
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
爆炸 裂变
Ｕ235 氘、氚
氘、氚等热 核燃料
引爆装置
2 1 3 1
聚变
1 0
H + H He + n
4 2
世界第一颗氢弹——麦克
氢弹爆炸形成的磨姑云
太阳是一个巨大的热核反应堆。
热核反应在宇宙中时时刻刻地进行 着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈的热核反 应，不断向外界释放着巨大的能量。太 阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地 球只接受了其中的二十亿分之一。太阳 在“核燃烧”的过程中“体重”不断减 轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞， 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。当然，与人类历史相比， 这个时间很长很长！