3-5-19.7核聚变

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：原子核的质量核子数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×=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？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。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。每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6亿亿立方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000亿吨。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。二、受控热核反应——核聚变的利用2.现在的技术还不能控制热核反应，问题有（1）热核反应的的点火温度很高（2）如何约束聚变所需的燃料（3）反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一（4）反应中放射物质的处理较容易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。3.实现核聚变的两种方案带电粒子运动时在均匀磁场中会在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。（1）磁约束惯性约束聚变激光环流器的结构（2）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。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”在一起发生反应可控热核反应可以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。2009年6月11日，位于成都的核工业西南物理研究院宣布，该院在受控核聚变实验装置——中国环流器二号A装置上首次实现了偏滤器位形下高约束模式运行。这是我国磁约束聚变实验研究史上具有里程碑意义的重大进展，标志着中国磁约束聚变能源开发研究综合实力与水平有了新的提高。中国环流器二号A装置（2）由题给条件可求得质量亏损为：Δm=2×2.0136u－(3.0150+1.0087)u=0.0035u释放的核能为：ΔE=Δmc2=0.0035×931.5MeV=3.26MeV典例探究例2.两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