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核聚變和受控?zé)岷朔磻?yīng)
人教版
物理2-3
（2）重核分裂成中等質(zhì)量的核時放出能量
（1）核子結(jié)合成原子核時放出能量
通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道，可以釋放出能量的核反應(yīng)有：
研究表明，有些輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的核時，會發(fā)生比裂變更大的質(zhì)量虧損，從而釋放出更為巨大的核能。
〓
聚變
＋
輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)稱為核聚變．
聚變
兩個氘核結(jié)合為一個氦核的聚變示意圖
＋
一個氘核和一個氚核的聚變示意圖
根據(jù)所給數(shù)據(jù),計算下面核反應(yīng)放出的能量:
氘核的質(zhì)量：mD＝2.014102u
氚核的質(zhì)量：mT＝3.016050u
氦核的質(zhì)量：mα＝4.002603u
中子的質(zhì)量：mn＝1.008665u
1、一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，同時輻射一個γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說法正確的是（
）
D．γ光子的波長
C．輻射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c2
B．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損
△m
=m1+m2-m3
A．核反應(yīng)方程是
λ=
h
(m3-m1-m2)c2
B
鞏固練習(xí)
想一想
核聚變發(fā)生需要什么條件呢？
微觀上：參與反應(yīng)的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15
m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動能以克服原子核之間巨大的庫侖斥力。
宏觀上：要使原子核具有如此大的動能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫。
當(dāng)物體達(dá)到幾百萬攝氏度以上的超高溫時，聚變物質(zhì)完全電離成等離子體。在高溫、高密度等離子體中，劇烈的熱核運(yùn)動使一部分輕核獲得足夠的動能而在碰撞中達(dá)到十分接近的距離，從而發(fā)生聚變。所以，聚變反應(yīng)又稱為熱核反應(yīng)。熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界繼續(xù)提供能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以進(jìn)行下去。
氫具有最簡單的原子核結(jié)構(gòu)，是宇宙中含量最豐富的元素。氫核的聚變給宇宙帶來了光和熱，為宇宙提供了能源之本。
熱核反應(yīng)在宇宙中是很普遍的。太陽內(nèi)部和許多恒星內(nèi)部，強(qiáng)大的引力使聚變物質(zhì)處于高密度狀態(tài)，溫度高達(dá)107K以上。
太陽的熱核反應(yīng)在那里穩(wěn)定地進(jìn)行著，其中主要是氫核聚變成氦核。可以講，恒星是產(chǎn)生穩(wěn)定熱核聚變的“天然聚變反應(yīng)堆”，它能持續(xù)地“光芒四射”。
在地球上，盡管核聚變的原料氫比核裂變的原料鈾要豐富得多，但通常難以獲得引發(fā)核聚變的超高溫和超高壓。唯一已實現(xiàn)并能釋放大量核能的人為核聚變是氫彈爆炸。
氫彈是通過原子彈爆炸所產(chǎn)生的高溫、高壓來引發(fā)氫核聚變的。
氫彈
彈體
引爆裝置
小型原子彈
三種炸藥：
普通炸藥
Ｕ235
氘、氚
爆炸
裂變
聚變
氘、氚、重氫化鉀等
鈾235
外殼
普通炸藥
與裂變反應(yīng)相比，熱核反應(yīng)具有以下優(yōu)點：
1．輕核聚變產(chǎn)能效率高
2．輕核聚變反應(yīng)更為安全、清潔
3．地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富
存在問題
熱核反應(yīng)的的點火溫度很高
如何約束聚變所需的燃料
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分之一
可控制熱核反應(yīng)
將聚變物質(zhì)約束的辦法
慣性約束
磁約束
激光核聚變
環(huán)流器，
又稱托卡馬克
Z
B
FZ
Br
v2
v11
磁場約束
我們知道，帶電粒子在磁場中運(yùn)動要受到垂直于粒子運(yùn)動方向的洛倫茲力的作用，這種作用可以用來約束參加反應(yīng)的核，使其不致擴(kuò)散開來。
慣性約束
2、我國自行設(shè)計、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實驗裝置（又稱“人造太陽”），在里面實驗的多項成果走在世界前列。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是(
)
C．“人造太陽”釋放的能量大小的計算公式是
△E=△mc2
B．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是
A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程是
核能大小的計算公式是
D．“人造太陽”
AC
鞏固練習(xí)
課堂小結(jié)
1、聚變
⑴
輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的核反應(yīng)稱為核聚變。
⑵
⑶
輕核必須獲得足夠的動能并處于很高密度下才能引起聚變。
2、可控?zé)岷朔磻?yīng)
⑴
熱核反應(yīng)與裂變相比有很多優(yōu)點。
⑵
將聚變物質(zhì)約束的辦法有慣性約束和磁約束。
⑶
托卡馬克裝置。
課堂練習(xí)
1、下列核反應(yīng)方程中，表示核聚變反應(yīng)的是（
）
A.
B.
C.
D.
B
2、現(xiàn)有三個核反應(yīng)：
D.
①是β衰變，②是聚變，③是裂變
C.
①是β衰變，②是裂變，③是聚變
B.
①是聚變，②是裂變，③是β衰變
A.
①是裂變，②是β衰變，③是聚變
下列說法正確的是（
）
C

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