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沪科版高中物理选修（3－5）第5章5.3《聚变与受控热核反应》课件

上传时间: 2014-08-17

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5．3　聚变与受控热核反应

?5．4　核能利用与社会发展

核心要点突破

课堂互动讲练

课前自主学案

知能优化训练

5．3

?5．4

课标定位

学习目标：1.知道聚变和聚变反应的特点．

2．能写出聚变方程并会计算聚变能量．

3．了解受控热核反应．

4．了解核能的优越性、安全性、废料处理及核能的合理利用．

重点难点：发生聚变的条件及聚变的特点；热核反应是怎样发生的．

一、聚变与受控热核反应

1．更大的能源宝库

使平均结合能小的轻核聚合成一个较重的原子核，同时会释放核能．把这种释放核能的反应称为____．

一个氘核和一个氚核发生聚变核反应，会释放__________的能量，平均每个核子释放的能量在3MeV以上．海水中含有大量的这种轻核资源．

聚变

17.6 MeV

2．聚变的条件

由于这种核反应需在几千万度的高温下进行，因此，聚变又叫________．太阳及许多恒星内部都在不断地进行着这种热核反应．

3．受控热核反应

科学家设想的受控热核反应的两种方案：即______和惯性约束．当前受人青睐的受控热核反应利用的是磁约束，它是一个利用强磁场约束等离子体的环流器．

热核反应

磁约束

二、核能利用与社会发展

1．核能的优越性

(1)核燃料提供的能量巨大：1 kg铀全部裂变释放的能量相当于2700 t______完全燃烧放出的能量．

(2)核燃料的储量丰富：1 L海水中含有大约0.03 g氘，它发生热核反应放出的能量相当于300 L____完全燃烧．

标准煤

汽油

(3)核燃料的运输和储存方便．

(4)清洁卫生，对环境的污染小：不会排放二氧化碳、氮氧化物等．

2．核安全性与核废料处理

(1)核电站的安全性能

第一道屏障：二氧化铀陶瓷燃料芯块，可以把____以上的裂变产物滞留在芯块内，不向外释放．

98%

第二道屏障：性能良好的锆合金包壳把燃料芯块密封在其中，保证______良好．

第三道屏障：由反应堆压力容器和冷却回路构成的压力边界，保证____的完整性．

第四道屏障：由安全壳把整个反应堆压力边界内的设备包括在内，能承受事故发生时的压力并保证良好的密封性．

密封性

结构

(2)核废料的处理

能回收利用的进行回收再利用，不能回收的高放射性物质固化后____处理．

3．科学家的使命

科学家的责任感，________曾参与建议美国政府制造原子弹，为此他在后半生常常责备自己．

4．为和平而努力

近年来，联合国等国际组织先后通过了一系列条约和协定，限制各国制造和使用核武器．

埋藏

爱因斯坦

思考感悟

在地球上实现受控热核反应的必要性、可能性和困难是什么？

提示：随着社会的发展，人类对能源的消耗、依赖越来越大．地球上的能源是有限的，而受控核聚变具有效率高．

3．聚变发生的条件

要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10－15m就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求使核具有足够的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给核加热，使物质达到几千万度的高温．综上所述，核聚变只有在超高温条件下才能发生．

二、聚变与裂变的区别

重核的裂变、轻核的聚变都能释放出巨大的核能，但两者是有区别的．

1．原理不同．

2．放出的能量大小不同．

3．废料处理难度不同．

4．“燃料”的丰富程度不同．

5．两种反应的可控性不同．

特别提醒：可控热核反应：目前正处于探索、实验阶段．

即时应用(即时突破，小试牛刀)

以下说法正确的是(　　)

A．聚变是裂变的逆反应

B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量

C．聚变须将反应物加热至数千万度以上的高温，显然是吸收能量

D．裂变与聚变均可释放巨大能量

解析：选D.A项，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物与生成物完全不同．裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应．B项，既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反．C项，诚然要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百千度高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量．因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故D正确．

下列关于聚变的说法中，正确的是

(　　)

A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功

B．轻核聚变需要几千万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应

C．原子弹爆炸能产生几千万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应

D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应

【精讲精析】　轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几千万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D正确．

【答案】　ABCD

太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和质子、氦核等原子核组成．维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应为两个电子与四个质子聚变为氦．已知太阳的质量为2×1030 kg，太阳向周围空间辐射能量的总功率为3.8×1026 W.

【思路点拨】　解答本题时应把握以下三点：

(1)写核反应方程时注意元素符号和两个守恒．

(2)根据质能方程ΔE＝Δmc2，求释放的核能．

(3)根据质能方程ΔE＝Δmc2和ΔE＝Pt求亏损的质量．

【规律总结】　轻核聚变跟重核裂变一样，都是释放核能的核反应．计算核能的方法是，先计算质量亏损，然后由爱因斯坦质能方程计算核能．

变式训练　4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106 eV的能量，写出核反应方程，并计算

1 g氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量．

答案：见解析

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