课题 19.7核聚变 1、了解聚变反应的特点及其条件 2、了解可控热核反应及其研究和发展 3、知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景 4、通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和学习目标 提出问题的能力 5、通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学 6、认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力 学习重难点 学法指导 预习评价 课堂学习流程设计 【课程导学】 1．聚变及其条件 两个轻核结合成，这样的反应叫做聚变。 思考：请同学们再看看比结合能曲线（图19.5-3），想一想为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？ 总结 （1）氢的聚变反应： 2231 1H+1H→1He+1H+4 MeV、23411H+1H→2He+0n+17.6 MeV （2）释放能量：ΔE＝＝MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍 请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？ 微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。 宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。 聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。 （1）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！ （2）上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。 思考：氢弹爆炸原理是什么？ 课本图是氢弹原理图，它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需要的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃。 2．可控热核反应 （1）聚变与裂变相比有很多优点 请同学们自学教材，了解聚变与裂变相比有哪些优点？ 例：一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的质量：mD=2.014 102 u、氚核的质量：mT=3.016 050 u、氦核的质量：mα=4.002 603 u、中子的质量：mn=1.008 665 u、1u=1.660 6×10-27kg，e = 1.602 2×10-19C，请同学们求出该核反应所释放出来的能量。 总结：聚变与裂变相比，这是优点之一，即。 常见的聚变反应：21H+21H→31He+11H+4MeV、 21H+31H→42He+10n+17.6 MeV。 在这两个反应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物，所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成部分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。从这个意义上讲，轻核聚变是能源危机的终结者。 总结：聚变与裂变相比，这是优点之二，即地球上聚变燃料的储量丰富。如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。 聚变与裂变相比，优点之三，是轻核聚变反应更为安全、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。另外，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，比裂就所生成的废物的数量少，容易处理。 （2）我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，模拟太 【范例精析】 达标检测 A类 1 一核反应方程为0n +1H →1H + 2.22MeV，下列说法中不正确的是（） A．0n和1H 结合成1H要释放2.22MeV核能 B．该逆过程的反应式是1H + γ →0n +1H C．把1H分解成一个质子和一个中子至少要吸收2.22MeV的能量才行 D．0n和1H结合成1H要吸收2.22MeV核能 2 原子弹和氢弹各是根据什么原理制造的（） A．都是重核的裂变原理 B．都是轻核的裂变原理 C．原子弹是根据聚变原理，氢弹是根据裂变原理 D．原子弹是根据裂变原理，氢弹是根据聚变原理 3 重核的裂变和轻核的聚变是人类利用原子能的两种主要方法，下列关于它们的说法中正确的是( ) A．裂变聚变过程都有质量亏损 B．裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加 C．裂变过程质量有所增加，聚变过程质量有所亏损 D．裂变聚变过程质量都有所增加 4 现已建成的核电站利用的是 ( ) A．放射性元素衰变放出的能量 1111212211 212B．人工放射性同位素放出的能量 C．重核裂变放出的能量 D．轻核聚变放出的能量 B类 5 关于太阳辐射能的主要由来，下列说法中正确的是（） A．来自太阳中重元素裂变反应释放的核能 B．来自太阳中轻元素聚变反应释放的核能 C．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能 D．来自太阳本身贮存的大量内能 6 下列说法中，正确的是（） A．任何核的裂变都可释放出能量 B．任何核反应都能释放出能量 C．轻核聚变成质量较大的核，一般都能释放出能量 D．原子弹的爆炸是利用轻核的聚变释放出的能量 7 21 H和1H在上万摄氏度高温下聚合为氦核时放出一个中子和233能量，这个核反应方程是．已知1H的质量m1 = 2.014 1 u，1H的质量m2 = 3.016 0u，氦核质量mα= 4.0026u，中子质量mn= 1.0117u，反应过程中放出能量△E＝J(1u ＝1.66×10－27 kg) 8 能源危机是一个全球性的共同问题，科学家们正在积极探索核能的开发和利用，其中可控热核反应向人类展示了诱人的前景．热核反应比相同数量的核子发生裂变反应释放的能量要大好几倍，同时所造成的污染也要轻得多，而且可用于热核反应的氘(2H)在海水中的总含量非常丰富，所以一旦可控热核反应 能够达到实用，便可解决人类所面临的能源危机问题． (1)热核反应中的一种反应是1个氘核(1H)和1个氚核(1H)聚变为一个氦核(424223He)，请完成这个核反应方程式:1H + 1H →23He ++能量 (2)若氘核的质量为2.0141u，氚核质量为3.016lu，中子的质量为1.0117u，氦核的质量为4.002 6u，其中u是原子质量单位，已知lu相当于931MeV的能量，则上述核反应过程中释放的能量为MeV(保留3位有效数字)． 学习反思 布置作业
19.7核聚变
