19.7-核聚变

〓聚变〓裂变把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。把轻核结合成质量较大的核，释放核能的反应叫做聚变。某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。nHeHH10423121例如：弹体引爆装置小型原子弹三种炸药：普通炸药Ｕ235氘、氚爆炸裂变聚变氘、氚、重氢化钾等铀235外壳普通炸药自然界中的核聚变——太阳的核燃烧例题1太阳的能量来自下面的反应:四个质子(氢核)聚变成一个α粒子,同时发射两个正电子,若太阳辐射能量的总功率为P,质子11H、氦核24He、正电子10e的质量分别为mp、mα、me,真空中的光速为c。(1)写出核反应方程。(2)求核反应所释放的能量ΔE。(3)求1s内参与上述热核反应的质子数目。解析:(1)根据质量数守恒和电荷数守恒,可得核反应方程为411H→24He+210e(2)反应过程中的质量亏损为ΔE=4mp-(mα+2me)根据ΔE=Δmc2得ΔE=[4mp-(mα+2me)]c2=(4mp-mα-2me)c2(3)设单位时间内参与热核反应的质子数为N,依据能量关系:Pt=𝑁·Δ𝐸4有N=4𝑃𝑡Δ𝐸=4𝑃(4𝑚p-𝑚α-2𝑚e)𝑐2答案:(1)411H→24He+210e(2)(4mp-mα-2me)c2(3)4𝑃(4𝑚p-𝑚α-2𝑚e)𝑐2反思聚变的核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒;核能计算的关键是求出核反应中的质量亏损,然后根据爱因斯坦质能方程求解。􀎥变式训练1􀎥一个氘核(12H)和一个氚核(13H)结合成一个氦核(24He),同时放出一个中子,已知氘核质量为m1=2.0141u,氚核质量为m2=3.0160u,氦核质量为m3=4.0026u,中子质量为m4=1.0087u。(1)写出聚变的核反应方程;(2)反应过程中释放的能量为多少?平均每个核子能放出多少核能?解析:(1)核反应方程为12H+13H→24He+01n+ΔE(2)反应过程的质量亏损为Δm=2.0141u+3.0160u-4.0026u-1.0087u=0.0188uΔE=Δmc2=0.0188×931.5MeV=17.5MeV平均每个核子释放的核能为17.55MeV=3.5MeV答案:(1)见解析(2)17.5MeV3.5MeV0=mUvU-mαvα(1)由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得（2）核反应中释放的核能为ΔE=Δmc2=(238.999655-234.99347-4.001509)×931=4.356MeV由能的转化和守恒定律知EkU+Ekα=ΔE-0.09MeV=4.266MeV由于pU=pα故α粒子的动能为1.热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果.①轻核聚变产能效率高。②地球上聚变燃料的储量丰富。③轻聚变更为安全、清洁。2.在地球上利用聚变核能的困难地球上没有任何容器能够经受核聚变的高温.②惯性约束3.实现核聚变的两种方案。①磁约束环流器的结构惯性约束1.重核裂变和轻核聚变是人类利用原子能的两种主要方法,下面有关它们的说法正确的是()A.裂变和聚变的过程都有质量亏损B.裂变过程有质量亏损,聚变过程质量有所增加C.裂变过程质量有所增加,聚变过程有质量亏损D.裂变和聚变过程中质量都有所增加解析:重核裂变和轻核聚变都要释放能量,也一定要发生质量亏损,所以选项A正确。答案:AA2.太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的()A．衰变反应B．人工核反应C．裂变反应D．热核反应D3.一个氘核(12H)与一个氚核(13H)发生聚变,产生一个中子和一个新核,并出现质量亏损。聚变过程中()A.吸收能量,生成的新核是24HeB.放出能量,生成的新核是24HeC.吸收能量,生成的新核是23HeD.放出能量,生成的新核是23He解析:聚变反应出现质量亏损,一定放出能量,由质量数守恒和电荷数守恒可知,生成的新核是24He,选项B正确。答案:BB4.下列核反应方程式中,表示核聚变过程的是()A.1530P→1430Si+10eB.12H+13H→24He+01nC.614C→714N+-10eD.92238U→90234Th+24He答案:BB5.一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量mH=1.0073u,中子质量mn=1.0087u,氚核质量m=3.018u。(1)写出聚变方程。(2)释放出的核能有多大?(3)平均每个核子释放的能量有多大?解析:(1)聚变方程为11H+201n→13H。(2)质量亏损Δm=mH+2mn-m=(1.0073+2×1.0087-3.018)u=0.0067u。释放的核能ΔE=Δmc2=0.0067×931.5MeV≈6.24MeV。(3)平均每个核子释放的能量为6.243MeV=2.08MeV。答案:(1)11H+201n→13H(2)6.24MeV(3)2.08MeV