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1、 第第7 7节节 核核 聚聚 变变复习：复习：1.核裂变、链式反应的概念？核裂变、链式反应的概念？ 链式反应的条件？链式反应的条件？2.什么是核反应堆？它由哪些组成？各自作用是什什么是核反应堆？它由哪些组成？各自作用是什么？核电站概念？么？核电站概念？铀核裂变的两种常见方式？铀核裂变的两种常见方式？人为控制链式反应的速度，使得核能按照人们的需要人为控制链式反应的速度，使得核能按照人们的需要平缓地释放出来平缓地释放出来-核反应堆。核反应堆。 核反应堆是可以进行核裂变链式反应，并对其输出功率是可以进行核裂变链式反应，并对其输出功率能够安全地进行控制的装置能够安全地进行控制的装置 核电站，它是将核反
2、应堆所产生的热能引出到外部，它是将核反应堆所产生的热能引出到外部，并且高效率地将热能转换成电能的设备。并且高效率地将热能转换成电能的设备。核子平均质量核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系裂变裂变聚变聚变1 、 轻核的聚变轻核的聚变 某些轻核能够结合在一起，生成一个较某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，大的原子核，同时放出大量的核能。同时放出大量的核能。这种核这种核反应叫做反应叫做聚变聚变。一、核聚变一、核聚变计算下面核聚变放出的能量计算下面核聚变放出的能量: :氘核的质量：氘核的质量：mD2.014102u氚核的质量：氚核的质量：mT3.016050u
3、氦核的质量：氦核的质量：m4.002603u中子的质量：中子的质量：mn=1.008665u 计算表明，这个核反应释放的能量是计算表明，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。这个量值虽然比一个铀核裂变产生的能量（产生的能量（201MeV）少，但平均每个核）少，但平均每个核子产生的能量子产生的能量是铀裂变（是铀裂变（ = 0.852MeV）的约）的约4倍。倍。2、发生聚变的条件、发生聚变的条件: 要使原子核间的距离达到要使原子核间的距离达到10-15m，核力，核力才能大于电磁力才能大于电磁力3、实现的方法有、实现的方法有: 把原子核把原子核加热加热到很高的温度；到很
4、高的温度；如何能使轻如何能使轻核具有较大核具有较大的动能呢？的动能呢？ 需要克服极大的库仑斥力，需要克服极大的库仑斥力，因此必须因此必须让轻核具有很大的动能。让轻核具有很大的动能。几百万开几百万开尔文高温尔文高温聚变反应又聚变反应又叫热核反应叫热核反应1、必须让轻核的距离非常接近、必须让轻核的距离非常接近2、必须让轻核具有很大的动能、必须让轻核具有很大的动能需要克服极大的库仑斥力需要克服极大的库仑斥力如何能使轻核具有很大的动能呢？可以将轻核加热到很高的温度当当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够烈的热运动使得一部分原子核
5、已经具有足够的动能，可以克服相互之间的库仑斥力，在的动能，可以克服相互之间的库仑斥力，在碰撞时发生聚变因此，聚变反应又叫碰撞时发生聚变因此，聚变反应又叫热核反应核聚变的利用核聚变的利用氢弹氢弹三种炸药：三种炸药：普通炸药普通炸药普通炸药普通炸药235235氘、氚氘、氚氘、氚氘、氚爆炸爆炸爆炸爆炸裂变裂变裂变裂变聚变聚变聚变聚变弹体弹体弹体弹体引爆装置引爆装置引爆装置引爆装置小小小小型型型型原原原原子子子子弹弹弹弹氘、氚等热氘、氚等热氘、氚等热氘、氚等热核燃料核燃料核燃料核燃料铀铀铀铀235235外壳外壳外壳外壳普通炸药普通炸药普通炸药普通炸药世界第一颗氢弹世界第一颗氢弹麦克麦克氢弹爆炸形成的磨
6、姑云氢弹爆炸形成的磨姑云1967年6月17日中国爆炸了第一颗氢弹。太阳太阳是一个巨大的是一个巨大的热核反应堆。热核反应堆。 热核反应在宇宙中时时刻刻地进行热核反应在宇宙中时时刻刻地进行热核反应在宇宙中时时刻刻地进行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着，太阳和很多恒星的内部温度高达着，太阳和很多恒星的内部温度高达着，太阳和很多恒星的内部温度高达101010107 7 7 7 K K K K以上，因而在那里进行着激烈的热核反以上，因而在那里进行着激烈的热核反以上，因而在那里进行着激烈的热核反以上，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。太应，不断向外
7、界释放着巨大的能量。太应，不断向外界释放着巨大的能量。太应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为阳每秒释放的能量约为阳每秒释放的能量约为阳每秒释放的能量约为3.83.83.83.81010101026262626 J J J J，地，地，地，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳球只接受了其中的二十亿分之一。太阳球只接受了其中的二十亿分之一。太阳球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在在在在“ “核燃烧核燃烧核燃烧核燃烧” ”的过程中的过程中的过程中的过程中“ “体重体重体重体重” ”不断减不断减不断减不断减轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，轻。它每秒有亿
8、吨原子核参与碰撞，轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是转化为能量的物质是转化为能量的物质是转化为能量的物质是400400400400万吨。科学家估万吨。科学家估万吨。科学家估万吨。科学家估计，太阳的这种计，太阳的这种计，太阳的这种计，太阳的这种“ “核燃烧核燃烧核燃烧核燃烧” ”还能维持还能维持还能维持还能维持90909090亿亿亿亿 100100100100亿年。当然，与人类历史相比，亿年。当然，与人类历史相比，亿年。当然，与人类历史相比，亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！这个时间很长很长！这个时间很长很长！这个时间很长很长！ 太太太太阳阳阳阳的中心的中心的中心的中
9、心发生发生发生发生核聚核聚核聚核聚变变变变，放出巨大放出巨大放出巨大放出巨大能量，太能量，太能量，太能量，太阳阳阳阳；这个这个这个这个天然的的核聚天然的的核聚天然的的核聚天然的的核聚变过变过变过变过程已经发生程已经发生程已经发生程已经发生了好了好了好了好几几几几十十十十亿亿亿亿年年年年（1 1）轻核聚变产能）轻核聚变产能效率高效率高1.1.聚变与裂变相比的聚变与裂变相比的优点优点：（2 2）地球上聚变燃料的）地球上聚变燃料的储量丰富储量丰富（3 3）轻核聚变）轻核聚变更安全、清洁更安全、清洁（4 4）反应中反应中放射物质的处理较容易放射物质的处理较容易相同的核燃料释放的能量多。相同的核燃料释放
10、的能量多。相同的核燃料释放的能量多。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常见的聚变反应平均每个核子放出常见的聚变反应平均每个核子放出常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约的能量约的能量约的能量约3.3MeV3.3MeV3.3MeV3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为，而裂变时平均每个核子释放的能量约为，而裂变时平均每个核子释放的能量约为，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV1MeV1MeV1MeV。 1L 1L海水中大约有海水中大约有海水中大约有海水中大约有0.03g0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于氘，如果发生聚变，放出的能量相当于氘，如果发生
11、聚变，放出的能量相当于氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧燃烧燃烧燃烧300L300L汽油汽油汽油汽油, ,轻核聚变是能源危机的终结者。轻核聚变是能源危机的终结者。轻核聚变是能源危机的终结者。轻核聚变是能源危机的终结者。 实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，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。反应就自动终止了。反应就自动终止了。反应就自动终止了。 氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物氘和氚聚就
12、反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物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。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。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。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。 二、可控热核反应二、可控热核反应核聚变的利用核聚变的利用2.实现核聚
13、变的难点：实现核聚变的难点：、热核反应的的点火温度很高；、热核反应的的点火温度很高； 、如何约束聚变所需的燃料；、如何约束聚变所需的燃料； 磁约束磁约束 带电粒子运动时在均匀带电粒子运动时在均匀带电粒子运动时在均匀带电粒子运动时在均匀磁场中会洛伦兹力的磁场中会洛伦兹力的磁场中会洛伦兹力的磁场中会洛伦兹力的作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参作用而不飞散，因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质。加反应的物质。加反应的物质。加反应的物质。2.2.实现核聚变的实现核聚变的难点难点：地球上没有任何容器能地球上没有任何容
14、器能够经受如此高的温度。为了解决这个难题，科学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：家设想了两种方案：1.1.磁约束磁约束 2.2.惯性约束惯性约束惯性约束惯性约束 由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯由于聚变反应的时间非常短，聚变物质因自身的惯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，可性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可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，使它们以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们以用激光从各个方向照射参加反应的物质，使它们“ “挤挤挤挤” ”在一起发生反应。在一起发生反应。在一起发生反应。在一起发生反应。再创造一个太阳！反应堆解决能源问题是当今社会的一个最急迫的问题，而最让人注目的就是-热核反应
