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1、19.7核聚变核聚变课前复习课前复习据相据相对论的的质能方程：能方程： 可知，可知， 核反应中核反应中放出核能的标志是放出核能的标志是质量亏损质量亏损 。课前复习课前复习从上图分析，怎样的核反应方向才会出现质量亏损呢？从上图分析，怎样的核反应方向才会出现质量亏损呢？ 研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数研究表明：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，其的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核子
2、的平均质量与原子序数有如图的关系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与原子序数有如图的关系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：核子的平均质量是：原子核的质量核子数核子平均比结合能越大，核子平均质量就越小；核子平均核子平均比结合能越大，核子平均质量就越小；核子平均比结合能越小，核子平均质量就越大。比结合能越小，核子平均质量就越大。若使核反应会放出若使核反应会放出核能，则核反应要朝核子核能，则核反应要朝核子平均质量减小（即核子平均比结平均质量减小（即核子平均比结合能增大）合能增大）的方向发生。的方向发生。那么，释放核能就存在两个途径：那么，释放核能就存在两个途径：
3、1.重核裂变；重核裂变；2.轻核聚变轻核聚变。 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做核能的反应叫做核能的反应叫做核能的反应叫做裂变裂变裂变裂变把轻核结合成质量较把轻核结合成质量较把轻核结合成质量较把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做大的核，释放出核能的反映叫做大的核，释放出核能的反映叫做大的核，释放出核能的反映叫做聚变聚变聚变聚变裂变裂变聚变聚变一一.轻核聚变轻核聚变轻核聚变轻核聚变：两个轻核结合成质量较大的核。：两个轻核结合成质量较大的核。例如：根据所给
4、数据例如：根据所给数据, ,计算下面核反应放计算下面核反应放出的能量出的能量: :氘核的质量：氘核的质量：m mD D2.014102u2.014102u氚核的质量：氚核的质量：m mT T3.016050u3.016050u氦核的质量：氦核的质量：m m4.002603u4.002603u中子的质量：中子的质量：m mn n=1.008665u=1.008665u1u=1.660 610-27kg =931Mev答案答案17.6MeV平均每个核子放出的能量在平均每个核子放出的能量在平均每个核子放出的能量在平均每个核子放出的能量在3MeV3MeV以上，比裂变反以上，比裂变反以上，比裂变反以上，
5、比裂变反应中平均每个核子释放的能量大应中平均每个核子释放的能量大应中平均每个核子释放的能量大应中平均每个核子释放的能量大3 34 4倍倍倍倍一一.轻核聚轻核聚变变怎样才能发生怎样才能发生聚变反应呢？聚变反应呢？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可以将轻核加热到很高的温度可以将轻核加热到很高的温度当当当当物质达到物质达到物质达到物质达到几百万摄氏度几百万摄氏度几百万摄氏度几百万摄氏度以上的高温时，剧以上的高温时，剧以上的高温时，剧以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有
6、足够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已经具有足够烈的热运动使得一部分原子核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，聚变反应又叫热核热核热核热核反应反应反应反应一一.轻核聚轻核聚变变轻核聚变条件轻核聚变条件：几百万摄氏度以上超高温：几百万摄氏度以上超高温太阳就是一个巨大的热核反应堆太阳就是一个巨大的热核反应堆（1）热核反应在宇宙
7、中时时刻刻地进行着，太阳和）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很多恒星的内部温度高达107 Kg以上，因而在那里以上，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能量。太阳每秒释放的能量约为3.81026 J，地球，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧核燃烧”的过程中的过程中“体重体重”不断减轻。它每秒有亿吨原子不断减轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学万吨。科学家估计，太阳的这种家
8、估计，太阳的这种“核燃烧核燃烧”还能维持还能维持90亿亿100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！长很长！太阳就是一个巨大的热核反应堆太阳就是一个巨大的热核反应堆聚变与裂变相比聚变与裂变相比优点之一优点之一，即，即轻核聚变产能效率高轻核聚变产能效率高。常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约为常见的聚变反应平均每个核子放出的能量约为3.3MeV，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1MeV。优点之二优点之二，即地球上，即地球上聚变燃料的储量丰富聚变燃料的储量丰富。如。如1L海水海水中大约有中大约有0.03g氘，如果
9、发生聚变，放出的能量相当于氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧燃烧300L汽油汽油,轻核聚变是轻核聚变是能源危机的终结者能源危机的终结者。优点之三优点之三，是，是轻核聚变反应更为安全、清洁轻核聚变反应更为安全、清洁。实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，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。另外，氘和氚聚就反应中产生的反应就自动终止了。另外，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
10、裂就所生成的废物的数量少，容易处理。性物质，比裂就所生成的废物的数量少，容易处理。 缺点：聚变反应更难控制约束缺点：聚变反应更难控制约束地球上没有任何容器能够经受聚变产生的地球上没有任何容器能够经受聚变产生的超高的温度，为了解决这个难题，科学家超高的温度，为了解决这个难题，科学家设想了两种方案：设想了两种方案：1.磁约束磁约束 2.惯性约束惯性约束缺点：聚变反应更难控制约束缺点：聚变反应更难控制约束1.磁约束磁约束带电粒子在均匀磁场带电粒子在均匀磁场中会由于洛伦兹力的中会由于洛伦兹力的作用而不飞散，因此作用而不飞散，因此可能利用磁场来约束可能利用磁场来约束参加反应的物质。参加反应的物质。磁约束
11、原理图（环流器）磁约束原理图（环流器）2.惯性约束惯性约束由于聚变反应时间非常短，聚由于聚变反应时间非常短，聚变物质因自身的惯性还来不及变物质因自身的惯性还来不及扩散就完成了核反应。在惯性扩散就完成了核反应。在惯性约束下，可以用激光从各个方约束下，可以用激光从各个方向照射参加反应的物质使它们向照射参加反应的物质使它们挤挤在一起发生反应。在一起发生反应。惯性约束示意图惯性约束示意图现在的技术还不能控现在的技术还不能控制热核反应制热核反应。核聚变的利用核聚变的利用氢弹氢弹弹体弹体引爆装置引爆装置小小型型原原子子弹弹三种炸药：三种炸药：普通炸药普通炸药235氘、氚氘、氚爆炸爆炸裂变裂变聚变聚变氘、氚、重氘、氚、重氢化钾等氢化钾等铀铀235外壳外壳普通炸药普通炸药核聚变的利用核聚变的利用核电站核电站爱好和平，爱好和平，核能更多的核能更多的应该成为能应该成为能源而不是用源而不是用来做来做杀器杀器。
