19.7核聚变19.8粒子和宇宙

•第十九章原子核•第7节核聚变一、核聚变（热核反应）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。23411120HHHen22311121HHHeH聚变后比结合能增加，反应中会释放能量根据所给数据,计算下面核反应放出的能量: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=1.008665u平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3~4倍。23411120HHHen()DTnmmmmm0.018884u20.01884931.5MeVEmc17.59MeVE发生聚变的条件:使原子核间的距离达到10-15m，（原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）实现的方法有:1、用加速器加速原子核；２、把原子核加热到很高的温度；108～109K不经济聚变反应又叫热核反应核聚变的利用——氢弹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23411120HHHen核聚变普遍存在于宇宙中热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。1、轻核聚变产能效率高2、地球上聚变燃料的储量丰富（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）3、轻核聚变更为安全、清洁（高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理）二、受控热核反应——核聚变的利用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；磁场约束问题有：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；惯性约束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；现在的技术还不能控制热核反应。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.19.8粒子和宇宙1．“基本”粒子“不”基本•1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。继而我们发现了光子，并认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？2．发现新粒子•（1）1932年发现正电子；1937年发现μ子；1947年发现K介子与π介子，后来又发现了超子•（2）实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。20世纪30年代以来，人们对宇宙线的研究中发现了一些新的粒子。•许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。什么是反粒子？粒子分类•强子：是参与强相互作用的粒子。（强子又分为介子和重子）•轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子。•媒介子：传递各种相互作用的粒子。按粒子与各种相互作用的关系分例：强子：质子、中子…轻子：电子、电子中微子媒介子：光子、胶子…3．夸克模型•1964年提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark）。夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。盖尔曼•（1）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。•（2）夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。4．宇宙的演化、恒星的演化•要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子，这是因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通、相互支撑。宇宙——从何而来？•大爆炸理论(TheBigBangTheory)•宇宙从一个“奇点”爆炸产生大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生时间的零点大爆炸宇宙论宇宙大爆炸后，“粒子家族”（宇宙形成之初）：•10-44秒后，温度1032K，产生夸克、轻子、胶子等→•10-6秒后温度1013K，夸克构成了质子和中子等（强子时代）→•温度为1011K时，少量夸克，光子、大量中微子和电子存在（轻子时代）→•温度109K时进入核合成时代→•温度降到3000K时，电子与质子复合成氢原子→1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。•温度降到3000K时，电子与质子复合成氢原子→•冷却，出现了宇宙尘埃•密集尘埃→•星云团•开始发光→•一颗恒星诞生。•恒星收缩升温→•恒星收缩升温→•热核反应成氦→•氢大部分聚变为氦→•收缩→•氦聚合成碳→…•（类似）直到产生铁元素。•恒星最后的归宿：•恒星质量小于太阳1.4倍→白矮星•恒星质量是太阳1.4~2倍→中子性•恒星质量更大时(无法抵抗)→黑洞1.（多选）关于核聚变，以下说法正确的是（）A．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫做热核聚变B．一定质量的聚变物质聚变时放出的能量比相同质量的裂变物质裂变时释放的能量大很多倍C．聚变发生的条件是聚变物质的体积大于临界体积D．发生聚变反应时，原子核必须有足够大的动能2.发生轻核聚变的方法是（）A．用中子轰击B．保持室温环境，增大压强C．用γ光子照射D．把参与反应的物质加热到几百万度以上的高温DABD3.现有三个核反应：2424011121NaMge2351141921920563603UnBaKrn23411120HHHen下列说法正确的是（）A.①是裂变，②是β衰变，③是聚变B.①是聚变，②是裂变，③是β衰变C.①是β衰变，②是裂变，③是聚变D.①是β衰变，②是聚变，③是裂变C4.已知核反应方程：，用c表示光速，则（）A．x是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2B．x是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2C．x是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2D．x是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c2D234112HHHex•5、目前普遍认为，质子和中子都由被称为μ夸克和d夸克的两类夸克组成，μ夸克带电量为2e/3，d夸克带电量为-e/3，e为元电荷，则下列论断可能的是（）•A．质子由1个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成•B．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成•C．质子由1个μ夸克和2个d夸克组成，中子由2个μ夸克和1个d夸克组成•D．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和1个d夸克组成B6、中子内有一个电荷量为+2e/3的上夸克和两个电荷量为的-1e/3下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图1所示。图2给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是（）A．B．C．D．B