《核聚變》導學案

PAGE1/6核聚變導學案一、知識點掃描1、聚變及其條件問題：什么叫輕核的聚變？問題：為什么輕核的聚變反應能夠比重核的裂變反應釋放更多的核能？計算氫的聚變反應所釋放能量：21H+31H→42He+10n（21H的質量是2.0136u，31H的質量是3.0166u，42He的質量是4.0026u，10n的質量是1.0087u。）提問：請同學們試從微觀和宏觀兩個角度說明核聚變發(fā)生的條件？結論：微觀上：參與反應的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15m，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。聚變反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產生的熱就可以維持反應持續(xù)進行下去，在短時間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸。說明：（1）熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽和很多恒星的內部溫度高達107K以上，因而在那里進行著激烈的熱核反應，不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有７億噸原子核參與碰撞，轉化為能量的物質是400萬噸?？茖W家估計，太陽的這種“核燃燒”還能維持90億~100億年。當然，與人類歷史相比，這個時間很長很長?。?）上世紀四十年代，人們利用核聚變反應制成了用于戰(zhàn)爭的氫彈，氫彈是利用熱核反應制造的一種在規(guī)模殺傷武器，在其中進行的是不可控熱核反應，它的威力是原子彈的十幾倍。提問：氫彈爆炸原理是什么？2、可控熱核聚變反應（1）聚變與裂變相比有很多優(yōu)點提問：目前，人們還不能控制核聚變的速度，但科學家們正在努力研究和嘗試可控熱核反應，以使核聚變造福于人類。我國在這方面的研究和實驗也處于世界領先水平。請同學們自學教材，了解聚變與裂變相比有哪些優(yōu)點？可控熱核反應發(fā)展進程：總結：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點之一，即輕核聚變產能效率高。常見的聚變反應：21H+21H→31He+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV。在這兩個反應中，前一反應的材料是氘，后一反應的材料是氘和氚，而氚又是前一反應的產物，所以氘是實現這兩個反應的原始材料，而氘是重水的組成部分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的。從這個意義上講，輕核聚變是能源危機的終結者?？偨Y：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點之二，即地球上聚變燃料的儲量豐富。如1L海水中大約有0.03g氘，如果發(fā)生聚變，放出的能量相當于燃燒300L汽油。總結：聚變與裂變相比，優(yōu)點之三，是輕核聚變反應更為安全、清潔。實現核聚變需要高溫，一旦出現故障，高溫不能維持，反應就自動終止了。另外，氘和氚聚就反應中產生的氦是沒有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時高速中子、質子與其他物質反應而生成的放射性物質，比裂就所生成的廢物的數量少，容易處理。（2）我國在可控熱核反應方面的研究和實驗發(fā)展情況。EAST全超導托卡馬克實驗裝置以探索無限而清潔的核聚變能源為目標，這個裝置也被通稱為“人造太陽”，能夠像太陽一樣給人類提供無限清潔的能源。目前，由中科院等離子體物理研究所設計制造的EAST全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置大部件已安裝完畢，進入抽真空降溫試驗階段。我國的科學家就率先建成了世界上第一個全超導核聚變“人造太陽”實驗裝置，模擬太陽產生能量。二、例題精講：例1：一個氘核和一個氚核發(fā)生聚變，其核反應方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的質量：mD=2.014102u、氚核的質量：mT=3.016050u、氦核的質量：mα=4.002603u、中子的質量：mn=1.008665u、1u=1.6606×10-27kg，e=1.6022×10-19三、能力訓練1．下列核反應方程中，表示核聚變的過程是（）2．下列說法中正確的是：A．聚變反應從外界吸收能量；B．聚變反應向外界放出能量；C．聚變反應可以無條件進行；D．聚變反應必須使核之間距離接近10-15m3．氫核（H）、中子（n）、氘核（H）的質量分別是m1、m2、m3那么由氫核和中子結合成氘核時釋放的核能為（）A．m3c2B．(m1+m2)c2 C．(m3-m1-m2)c2 D．(m1+m2-m3)c24．熱核反應是一種理想能源的原因是()A．就平均每一個核于來說，熱核反應比重核裂變時釋放的能量多B．對環(huán)境的放射性污染較裂變輕，且較容易處理C．熱核反應的原料在地球上儲量豐富D．熱核反應的速度容易控制5．1999年9月18日，中共中央、國務院、中央軍委會在人民大會堂隆重表彰在研制“兩彈一星‘中作出突出貢獻的科技專家，下列核反應方程中屬研究兩彈的基本的核反應方程式是()A．B．U+n→Sr+Xe+10nC．D．H+H→He+n6．核反應有以下幾種情況：一是衰變，二是人工轉變，三是裂變，四是聚變，核反應可用方程來表示，叫核反應方程．完成下列核反應方程，并指明它是屬于何種核反應：屬B．屬C．H+H→He+（）屬D．U+n→Sr+Xe+（）屬7．重核的裂變和輕核的聚變是人類利用原子核能的兩種主要方法，下面關于它們的說法中正確的是()A．裂變和聚變過程都有質量虧損B．裂變和聚變過程質量都有所增加C．裂變過程有質量虧損，聚變過程質量有所增加D．聚變過程有質量虧損，裂變過程質量有所增加8．2個氘核可聚變成一個氚核，放出4MeV的能量，寫出核反應