4.3、4.4 核聚变 核能的利用与环境保护 课件

课件27张PPT。
第四章 核能第3节　核聚变第4节　核能的利用与环境保护1．知道聚变和聚变反应的特点．
2．能写出聚变方程并计算聚变释放的能量．
3．了解受控热核反应．
4．了解核能的利用一、轻核聚变
?定义：采用轻核聚合成_______引起结合能变化的核反
应，称为轻核聚变．
?核反应举例 __________________．
?能量变化：轻核聚变后，平均结合能_____，反应中会
_____能量．
二、可控热核聚变反应
?热核聚变反应的条件：必须使它们的距离达到_____ m
以下，使核具有足够的_____，轻核才能够发生聚变．较重核增加释放10－15 动能?约束聚变材料的方法：________、 ______、 _________．
三、核能的利用与环境保护
?核电站，是利用核能发电，它的核心设施是_________ ，
核电站就是将反应堆释放的___能转化为电能的发电厂．
?核武器
原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器．
(1)原子弹：是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性_____
反应装置．
(2)氢弹：是一种靠_________ 、不需人工控制而实现____
的反应装置．引力约束磁约束惯性约束核反应堆链式惯性约束聚变核(1)优势：核能发电比燃煤发电的成本低；核电站对环境污染比燃煤发电小得多．
(2)危害：核废料具有高放射性．
?核能的优势与危害要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．核聚变的发生条件及特点
?聚变发生的条件?放能反应?应用
(1)核武器——氢弹．
(2)可控热核反应：目前处于探索阶段．??轻核聚变与重核裂变的区别 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百万开尔文以上的高温，显
然是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大的能量【典例1】对核聚变的理解及其核反应方程解析　A选项从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同．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选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选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量．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．
答案　D
据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法中正确的是 (　　)．
答案　AC【变式1】 下列说法不正确的是 (　　)．
解析　A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故A说法正确；B选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故B说法正确；在C选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了α粒子，是α衰变，C说法是正确的；而D应是β衰变，故不正确，故答案为D.
答案　D【典例2】核反应类型的判断借题发挥　主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出α或β粒子．(2)人工转变：人工转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子．(3)核裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子．(4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子． 下列说法正确的是 (　　)．
解析　本题考查了核反应的相关知识，意在考查考生对天然放射现象、重核裂变、轻核聚变、原子核的人工转变等相关知识的记忆及分析判断能力，选项A、D为原子核的人工转变，选项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B、D正确．
答案　BD【变式2】 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u．求：
(1)写出聚变方程；
(2)释放出的核能多大？
(3)平均每个核子释放的能量是多大？
(2)质量亏损
Δm＝mH＋2mn－mT＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u
＝0.006 7 u，【典例3】计算核聚变释放的能量释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV.
答案　见解析
借题发挥　轻核聚变释放核能的计算方法
(1)根据质量亏损计算
根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中的光速(c＝3×108 m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2. ①
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV ②
注意：式①中Δm的单位为kg，式②中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV. 一个氘核和一个氚核聚变成氦核，放出一个中子，这个反应中放出了多少核能？已知mD＝2.014 102 u，mT＝3.016 050 u，mHe＝4.002 603 u，mn＝1.008 665 u.
解析　质量亏损为Δm＝mD＋mT－mHe－mn＝0.018 884 u，该反应放出的能量为ΔE＝0.018 884×931.5 MeV＝17.59 MeV.　
答案　17.59 MeV【变式3】A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用 聚变反应发电对核聚变的理解及其核反应方程1.解析　核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电．
答案　B
某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为
方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
以下推断正确的是 (　　)．2．答案　BA．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是裂变核反应类型的判断3．解析　原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变，①为β衰变，原子序数较大的重核分解成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变，②为裂变．原子序数很小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变，③为聚变．故正确答案为C.
答案　C
(1)写出聚变的核反应方程；
(2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？
(2)此反应过程的质量亏损为
Δm＝2.014 1 u＋3.016 0 u－4.002 6 u－1.008 665 u
＝0.018 835 u，计算核聚变释放的能量4．ΔE＝Δmc2＝0.018 835×931.5 MeV＝17.5 MeV.