4-3&4-4 核聚变&核能的利用与环境保护-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-5）

第3节　核聚变 第4节　核能的利用与环境保护 [目标定位]　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.了解核电站的构造和基本原理，了解核武器的种类.4.了解核能利用的优势、危害及其防护措施． 一、轻核聚变 1．定义 采用轻核聚合成较重核引起结合能变化的方式获得核能的核反应，称为轻核聚变． 2．核反应举例 n.He＋H―→H＋ 3．能量变化 轻核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量． 二、可控热核聚变反应 1．热核聚变反应的条件 必须使原子核的距离达到10－15 m以下，使核具有足够的动能，轻核才能够发生聚变． 2．约束聚变材料的方法 引力约束、磁约束、惯性约束． 三、核能的利用与环境保护 1．核电站是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂，它的核心设施是核反应堆． 2．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、不加控制的爆炸性链式反应装置． (2)氢弹：是一种靠惯性约束、不需人工控制而实现聚变的反应装置． 3．核能的优势与危害[来源:学。科。网] (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． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、核聚变及核能的计算 1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近到核力发生作用的距离10－15 m内，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． 2．轻核聚变是放能反应：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是放能反应． 3．聚变方程： n＋γ. He＋H―→H＋ 4．重核裂变与轻核聚变的区别 反应方式 比较项目 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能[来源:学科网] 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍 核废料 处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多 【例1】　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 答案　D 解析　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质量核，而聚变则是轻核聚合成为较重核，无直接关联，并非互为逆反应，A项错；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，B项错；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，故C项错，D项对． 【例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mT＝3.018 0 u．求： (1)写出聚变方程． (2)释放出的核能是多大？ (3)平均每个核子释放的能量是多大？ 答案　见解析 解析　(1)聚变方程H. n―→H＋2 (2)质量亏损 Δm＝mH＋2mn－mT＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u＝0.006 7 u， 释放的核能 ΔE＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV. (3)平均每个核子放出的能量为 MeV＝2.08 MeV. 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的数值×931.5 MeV② 注意：式①中Δm的单位为kg，ΔE的单位是J；式②中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV. 针对训练1　氘核(n＋17.6 MeV He＋H―→H＋He)的核反应方程：H)结合成氦核(H)和氚核( (1)这个核反应称为________． (2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)． 答案　(1)聚变　(2)放出　减少　3×10－29 解析　在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE