人教版高中物理选修3-5 19.7 核聚变教学课件:19张PPT

课件19张PPT。第十九章 原子核第7节
核聚变
学习目标1.知道核聚变反应的定义和特点。
2.会书写核聚变反应方程，会计算核聚变释放的能量
3.了解可控热核反应及其最新研究进展。一、核聚变1.定义
两个轻核结合成质量较大的核，同时释放大量的核能，这样的核反应叫做核聚变。平均每个核子产生的能量是核裂变的3~4倍！算一算：计算核裂变放出的能量mU＝235.04394 u； mBa＝140.9139 u
mkr＝91.8973u； mn＝1.008 665 u.=0.2153u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算一算：计算核聚变放出的能量 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
子产生的能量是铀裂变（ = 0.852MeV）的约4倍。一、核聚变2. 核聚变的条件：要使原子核之间的距离达到10-15m。3.实现的方法有:（1）用加速器加速原子核；（不经济）要克服巨大的库仑斥力，就需要获得足够大的动能（2）把原子核加热到很高的温度；（108～109K）因此，聚变反应又叫热核反应实现聚变反应须满足三个条件：
（1）等离子体的温度足够高;
（2）等离子体的密度足够大;
（3）所需的高温和密度须维持足够长的时间。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107 K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3.8×1026 J，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！（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。 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。二、受控热核反应——核聚变的利用1.聚变与裂变相比的优点：二、受控热核反应——核聚变的利用（3）轻核聚变更安全、清洁 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。（4）反应中放射物质的处理较容易 氘和氚聚变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2、难点：地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。（发生条件达到几百万℃）3、解决方案：磁约束；惯性约束磁约束将燃料锁定在一定空间惯性约束产生高温磁约束 带电粒子运动时，在均匀磁场中受到洛伦兹力的作用而不飞散，因此可利用磁场来约束参加反应的物质。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。激光惯性约束聚变：在直径为0.4mm的小球内充以30-100大气压的氘氚混合气体，用强激光（1012-1014W)均匀照射，使氘氚混合气体的密度达到液体密度的一千到一万倍，温度达到108K而引发聚变。
其它惯性约束方案：电子束、重离子束惯性约束　 带电等离子体在磁场中绕B线作拉莫旋进，横越B线的运动受到限制，电磁场同时对等离子体加热，这种约束是靠增大约束时间来达到“点火”条件的，这就是磁约束等离子体的基本原理。但在磁场中等离子体不稳定，难于长时间将粒子约束在等离子体内，这就是磁约束等离子体的基本困难。　 2006年国际热核聚变实验堆（ITER）项目正式启动…
2007年10月，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国等七个国家和地区合作开展“国际核聚变实验（ITER）”计划。
2012年7月，中国可控核聚变实验装置获得重大突破，遥遥领先世界。中科院合肥物质科学院的东方超环（EAST）获得稳定重复超过30秒高约束等离子体放电。2016年超过60秒，2017年达到101.2秒三、可控聚变反应堆?磁约束聚变