物理選修核聚變

物理選修核聚變第一頁，共十四頁，2022年，8月28日核子平均質(zhì)量原子序數(shù)合成第二頁，共十四頁，2022年，8月28日1、輕核的聚變

某些輕核能夠結(jié)合在一起，生成一個(gè)較大的原子核，同時(shí)放出大量的核能。這種核反應(yīng)叫做聚變。一、核聚變第三頁，共十四頁，2022年，8月28日計(jì)算下面核聚變放出的能量:氘核的質(zhì)量：mD＝2.014102u氚核的質(zhì)量：mT＝3.016050u氦核的質(zhì)量：mα＝4.002603u中子的質(zhì)量：mn=1.008665u第四頁，共十四頁，2022年，8月28日

計(jì)算表明，這個(gè)核反應(yīng)釋放的能量是17.6MeV。這個(gè)量值雖然比一個(gè)鈾核裂變產(chǎn)生的能量（201MeV）少，但平均每個(gè)核子產(chǎn)生的能量是鈾裂變（=0.852MeV）的約4倍。第五頁，共十四頁，2022年，8月28日2、發(fā)生聚變的條件:

要使原子核間的距離達(dá)到10-15m，核力才能大于電磁力3、實(shí)現(xiàn)的方法有:把原子核加熱到很高的溫度；如何能使輕核具有較大的動(dòng)能呢？

需要克服極大的庫侖斥力，因此必須讓輕核具有很大的動(dòng)能。幾百萬開爾文高溫聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)第六頁，共十四頁，2022年，8月28日核聚變的利用——?dú)鋸椚N炸藥：普通炸藥Ｕ235氘、氚爆炸裂變聚變彈體引爆裝置小型原子彈氘、氚等熱核燃料鈾235外殼普通炸藥第七頁，共十四頁，2022年，8月28日世界第一顆氫彈——麥克第八頁，共十四頁，2022年，8月28日氫彈爆炸形成的磨姑云第九頁，共十四頁，2022年，8月28日太陽是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。

熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽和很多恒星的內(nèi)部溫度高達(dá)107K以上，因而在那里進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)，不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有７億噸原子核參與碰撞，轉(zhuǎn)化為能量的物質(zhì)是400萬噸?？茖W(xué)家估計(jì)，太陽的這種“核燃燒”還能維持90億~100億年。當(dāng)然，與人類歷史相比，這個(gè)時(shí)間很長很長！太陽的中心發(fā)生核聚變，放出巨大能量，太陽；這個(gè)天然的的核聚變過程已經(jīng)發(fā)生了好幾十億年第十頁，共十四頁，2022年，8月28日（1）輕核聚變產(chǎn)能效率高1.聚變與裂變相比的優(yōu)點(diǎn)：（2）地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富（3）輕核聚變更安全、清潔（4）反應(yīng)中放射物質(zhì)的處理較容易相同的核燃料釋放的能量多。常見的聚變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量約3.3MeV，而裂變時(shí)平均每個(gè)核子釋放的能量約為1MeV。1L海水中大約有0.03g氘，如果發(fā)生聚變，放出的能量相當(dāng)于燃燒300L汽油,輕核聚變是能源危機(jī)的終結(jié)者。

實(shí)現(xiàn)核聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動(dòng)終止了。

氘和氚聚就反應(yīng)中產(chǎn)生的氦是沒有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時(shí)高速中子、質(zhì)子與其他物質(zhì)反應(yīng)而生成的放射性物質(zhì)，比裂變所生成的廢物的數(shù)量少，容易處理。二、受控?zé)岷朔磻?yīng)——核聚變的利用第十一頁，共十四頁，2022年，8月28日磁約束

帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)在均勻磁場中會(huì)洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場來約束參加反應(yīng)的物質(zhì)。2.實(shí)現(xiàn)核聚變的難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。為了解決這個(gè)難題，科學(xué)家設(shè)想了兩種方案：1.磁約束2.慣性約束第十二頁，共十四頁，2022年，8月28日慣性約束

由于聚變反應(yīng)的時(shí)間非常短，聚變物質(zhì)因自身的慣性還來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)。在慣性約束下，可以用激光從各個(gè)方向照射參加反應(yīng)的物質(zhì)，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)。第十三頁，共十四頁，2022年，8月28日例題1、兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子可以結(jié)合成一個(gè)氦核，已知中子的質(zhì)量是1.008665u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007276u，氦核的質(zhì)量是4.0026u，求此核反應(yīng)的質(zhì)量虧損和結(jié)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