人教版高中物理選修（3-5）-19.7《核聚變》名師課件

1、太陽(yáng)磁場(chǎng)爆發(fā)時(shí)，太陽(yáng)表面的耀斑和冕環(huán)。太陽(yáng)如何運(yùn)作？質(zhì)量虧損與質(zhì)能方程（知識(shí)儲(chǔ)備1)在核反應(yīng)前后，原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象叫質(zhì)量虧損。愛(ài)因斯坦相對(duì)論指出：物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切關(guān)系，物體具有的能量與其質(zhì)量成正比，如果核反應(yīng)前后出現(xiàn)質(zhì)量虧損，可以推算出反應(yīng)中釋放的核能。質(zhì)能方程2mcE關(guān)于質(zhì)能方程的補(bǔ)充說(shuō)明n利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特eV計(jì)算 1u=1.660610-27kg 1eV=1.6010-19J 1u相當(dāng)于931.5MeV能量！n質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性，質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系絕不等于這兩個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)化！n根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，輻射出的光子

2、靜質(zhì)量雖然為零，但它有動(dòng)質(zhì)量，而且這個(gè)動(dòng)質(zhì)量剛好等于虧損的質(zhì)量，所以質(zhì)量守恒、能量守恒仍成立！原子核的質(zhì)量核子數(shù) 研究表明：原子核的質(zhì)量雖然隨著原子序數(shù)的增大而增大，但是二者之間并不成正比關(guān)系，其核子的平均質(zhì)量與原子序數(shù)有如圖的關(guān)系：核子平均質(zhì)量（知識(shí)儲(chǔ)備2)OZABCDEFFeABCABFCABEFCABDFCAB核子平均質(zhì)量核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)之間的關(guān)系 如何理解原子核A與B、C的差異？D、E與F的差異？ 物理學(xué)中把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放核能的反應(yīng)叫做裂變把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)叫做聚變聚變+裂變+釋放核能的方式一、核聚變及其條件MeV6 .17nHeHH1042

3、3121 平均每個(gè)核子釋放能量3 MeV以上，約為裂變反應(yīng)釋放能量的34倍!地球上最容易發(fā)生的氫核聚變氫核聚變 ：打開(kāi)工具欄，點(diǎn)擊“課件素材”，選取“動(dòng)畫(huà)演示：核聚變”n實(shí)現(xiàn)的方法：n聚變條件：原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15 m?。ㄒ乖雍私咏竭@種程度，必須使它們具有很大的動(dòng)能以克服原子核之間巨大的庫(kù)侖斥力）。核聚變條件1用加速器加速原子核2把原子核加熱到很高的溫度108109K人工核反應(yīng)：利用加速器將氘加速到所需的能量（約72KeV)，轟擊含氚的靶。這種方法引起聚變的幾率極低（約百萬(wàn)分之一）。將一團(tuán)氘和氚核約束起來(lái)，并保持一定的密度。將核加熱到上億度的超高溫，使其在極

4、短時(shí)間內(nèi)一起發(fā)生聚變。聚變反應(yīng)特點(diǎn) 聚變反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去。實(shí)例： 1. 太陽(yáng)內(nèi)部和許多恒星內(nèi)部溫度高達(dá)107K以上， 其反應(yīng)就是熱核反應(yīng)的實(shí)例。2. 核武器氫彈！在短時(shí)間釋放巨大的能量， 這就是聚變引起的核爆炸。 核聚變普遍存在于宇宙中太陽(yáng)每秒釋放的能量地球只接受了其中約3.81026 J二十億分之一太陽(yáng)每秒?yún)⑴c碰撞的原子核7億噸每秒轉(zhuǎn)化為能量的物質(zhì)400萬(wàn)噸至今轉(zhuǎn)化為能量的物質(zhì)約100個(gè)地球質(zhì)量太陽(yáng)的這種“核燃燒”還將持續(xù)維持50億60億年核武器氫彈彈體引爆裝置小型原子彈氘、氚、重氫化鉀等鈾 235外殼普通炸藥氫彈爆炸形成的蘑菇云

5、典例探究（2）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：m = 22.0136 u(3.0150 + 1.0087) u = 0.0035 u釋放的核能為：E = mc2 = 0.0035931.5 MeV= 3.26 MeV二、受控?zé)岷朔磻?yīng) 1、聚變與裂變相比的優(yōu)點(diǎn) ：（1）輕核聚變產(chǎn)能效率高； （2）地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富； （3）輕核聚變更為安全、清潔。 （每升水中就含有 0.03 g 氘，地球上有 138.6 億億立方米的水，大約有 40 萬(wàn)億噸氘。氚可以利用鋰來(lái)制取，地球上鋰儲(chǔ)量有2000 億噸） 一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動(dòng)終止了；聚變產(chǎn)生的氦是沒(méi)有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚

6、、高速中子、質(zhì)子與其他物質(zhì)反應(yīng)而生成的放射性物質(zhì)，比裂變所生成的廢物的數(shù)量少，容易處理。 2. 目前還不能控制熱核反應(yīng)的主要問(wèn)題：（1）熱核反應(yīng)的的點(diǎn)火溫度很高； （2）如何約束聚變所需的燃料； （3）反應(yīng)裝置中的氣體密度要很低 ，相當(dāng)于常溫常壓下氣體密度的幾萬(wàn)分之一。受控?zé)岷朔磻?yīng) 3. 實(shí)現(xiàn)核聚變的兩種控制方案：（1）磁約束：利用磁場(chǎng)來(lái)約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。目前性能較好的磁約束裝置是環(huán)流器（又稱(chēng)托卡馬克tokamak)受控?zé)岷朔磻?yīng) 中國(guó)在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)展情況 東方超環(huán)EAST全超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置（2）慣性約束：利用強(qiáng)激光的慣性壓力約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。以激光進(jìn)行慣性約束聚變的圖解：1.藍(lán)色箭頭代表激光；2.橘色代表固態(tài)球狀核燃料向外爆裂的力量；3.紫色代表因激光熱能而產(chǎn)生向內(nèi)的慣性作用力；4.橙色代表壓縮后的燃料核，產(chǎn)生的熱量快速向外放射，發(fā)散的能量是激光光束加在燃料球上的數(shù)倍。 受控?zé)岷朔磻?yīng) 課堂小結(jié)n主要學(xué)習(xí)了核聚變概念，聚變核反應(yīng)的特點(diǎn)和條件，知道了實(shí)現(xiàn)的方法；同時(shí)學(xué)會(huì)了寫(xiě)出聚變方程