第4章 第3、4节 核聚变 核能的利用与环境保护-2020-2021学年高中物理选修3-5【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第3、4节　核聚变　核能的利用与环境保护 一、轻核聚变与可控热核聚变反应 [自学教材] 1．定义 轻核聚合成较重核的核而释放核能的过程。 2．常见的聚变方程 (1)一个氘核和一个氚核结合成一个氦核： H＋H―→He＋n 这个核反应可释放17.6 MeV的能量，平均每个核子释放3.5MeV的能量。 (2)H＋H―→H＋H＋4.00 MeV 3．轻核聚变的反应条件 核间距接近10－15m，核力发生作用的距离内。 4．聚变与裂变相比有很多优点 (1)轻核聚变产能效率高； (2)地球上聚变燃料的储量丰富； (3)轻核聚变更为安全、清洁。 5．约束核聚变材料的方法 引力约束、磁约束和惯性约束。 [重点诠释] 重核裂变和轻核聚变的比较 　反应方式 比较项目 重核裂变 轻核聚变 原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出核能 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 废料处理 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 原料储量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的235U在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富。1 L海水中大约有0.03 g氘，用来进行热核反应放出的能量约与燃烧300 L汽油相当 反应控制 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能 受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站 [典题强化] 1．关于聚变，以下说法中正确的是 A．两个轻核只有聚变为中等质量的原子核时才能放出能量 B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量小好多倍 C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积[来源:Zxxk.Com] D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能 解析　两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但不一定是中等质量的核，故A错误；聚变反应放出能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这一点由聚变反应的特点就可以知道，故B错误；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15m，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的库仑斥力做功，故C错，D正确。 答案　D 二、核能的利用与环境保护 [自学教材] 1．核电站 (1)核电站：就是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。 (2)工作模式：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮机发电转化为电能。 (3)燃料：目前核电站的燃料为铀235。 2．核武器 原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器。 3．核能的优势与危害 (1)核能作为一种新能源有很多优势： ①核能发电比燃煤发电的成本低。 ②核电站对环境污染比燃煤发电小得多。 (2)核能利用存在的危害： ①核废料的高放射性。 ②放射性物质泄漏，产生核污染。 ③核武器威力巨大，会摧毁生命，且使生态环境受到严重破坏。 [典题强化] 2．关于核能的利用，下列说法正确的是 A．现在的核电站既有裂变反应堆也有聚变反应堆 B．在地球上，人类还无法实现聚变反应 C．当人类实现了受控核聚变，稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机” D．世界现有核电站能够进行聚变反应而输出核能 解析　现有核电站均为重核裂变反应释放能量，而裂变反应和聚变反应的条件不同，现在的核电站不能进行聚变反应，故A、D错误；虽然人类已经掌握了聚变反应的技术，但还不能实现大规模的受控核聚变，故B错误；由于地球上储备有大量的聚变原料，一旦实现受控核聚变，世界将不再存在“能源危机”，故C正确。 答案　C 考向一　对轻核聚变的理解 [例1]　下列关于聚变的说法中，不正确的是 A．要使聚变产生，必须克服核力做功 B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫作热核反应 C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应 D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应 【思路点拨】　(1)聚变的原理和理论条件。 (2)实现聚变的手段或方法。 【解析】　原子核带正电，靠近时存在巨大库仑斥力，必须有足够大的动能，才能克服库仑斥力做功，达到核力发生作用的范围，即达到10－15m的距离。而获得足够大的动能方法是将其加热到几百万摄氏度的高温才行，因此聚变又叫热核反应。太阳和许多恒星都是靠其内部的高温而实现热核反应的。故B、C、D正确，A错误。 【答案】　A ○借题发挥 (1)理解轻核聚变的原理和条件是解决这类问题的关键。 (2)目前核聚变只有在超高温条件下才能实现，如氢弹是利用原子弹爆炸产生的超高温。 (2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循环，循环的结果可表示为 4H→He＋2e＋2γ 已知H和H