物理选修3-5 19.7 核聚变 LI

DEFFeO核子平均质量原子序数合成1、轻核的聚变某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，同时放出大量的核能。这种核反应叫做聚变。一、核聚变23411120H+HHe+n计算下面核聚变放出的能量:氘核的质量：mD＝2.014102u氚核的质量：mT＝3.016050u氦核的质量：mα＝4.002603u中子的质量：mn=1.008665uDTαnΔm=m+m-(m+m)=0.018884u2ΔE=Δmc=17.59MeV23411120H+HHe+n×=0.01884931.5MeV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产生的能量（201MeV）少，但平均每个核子产生的能量17.6=3.52+32MeV是铀裂变（=0.852MeV）的约4倍。201235+12、发生聚变的条件:要使原子核间的距离达到10-15m，核力才能大于电磁力3、实现的方法有:把原子核加热到很高的温度；如何能使轻核具有较大的动能呢？m1015需要克服极大的库仑斥力，因此必须让轻核具有很大的动能。2kE几百万开尔文高温聚变反应又叫热核反应核聚变的利用——氢弹三种炸药：普通炸药Ｕ235氘、氚爆炸裂变聚变弹体引爆装置小型原子弹氘、氚等热核燃料铀235外壳普通炸药23411120H+HHe+n世界第一颗氢弹——麦克氢弹爆炸形成的磨姑云太阳是一个巨大的热核反应堆。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107K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。太阳每秒释放的能量约为3.8×1026J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！太阳的中心发生核聚变，放出巨大能量，太阳；这个天然的的核聚变过程已经发生了好几十亿年（1）轻核聚变产能效率高1.聚变与裂变相比的优点：（2）地球上聚变燃料的储量丰富（3）轻核聚变更安全、清洁（4）反应中放射物质的处理较容易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的能量约3.3MeV，而裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油,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，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。二、受控热核反应——核聚变的利用磁约束带电粒子运动时在均匀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加反应的物质。2.实现核聚变的难点：地球上没有任何容器能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：1.磁约束2.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“挤”在一起发生反应。例题1、两个中子和两个质子可以结合成一个氦核，已知中子的质量是1.008665u，质子的质量是1.007276u，氦核的质量是4.0026u，求此核反应的质量亏损和结合能。(1u=1.66×10-27千克，c=3×108m／s)解：△m＝0.029282u△E＝△mc2=0.029282×931MeV=27.3MeV或△E＝△mc2＝0.029282×1.66×10-27×(3×108)2＝4.37×10－12J