1、19. 7 核聚變,合成,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,試證明，碳原子質(zhì)量的1/12叫做原子質(zhì)量單位，用u表示。1原子質(zhì)量單位u相當(dāng)于931.50 MeV的能量1u=1.660610-27kg，光速c=2.9979108m/s，1eV=1.602210-19J,證明：由愛因斯坦質(zhì)能方程 E=mc2 得 1u對(duì)應(yīng)能量為 E=mc2 = 1.660610-27(2.9979108) 2J = 1.4924 10-10 J = (1.4924 10-10 /1.602210-19)eV = 931.50 106

2、 eV = 931.50 MeV,計(jì)算下面核聚變放出的能量:,氘核的質(zhì)量：mD2.014102u 氚核的質(zhì)量：mT3.016050u 氦核的質(zhì)量：m4.002603u 中子的質(zhì)量：mn=1.008665u,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。,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(kù)侖斥力，因此必須讓輕核具有很大的動(dòng)能。,

3、幾百萬開爾文高溫,聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng),核聚變的利用氫彈,三種炸藥：,普通炸藥,235,氘、氚,爆炸,裂變,聚變,世界第一顆氫彈麥克,氫彈爆炸形成的磨姑云,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)107 K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3.81026 J，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(zhǎng)很長(zhǎng)！,太

4、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,（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

5、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,磁約束,帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)在均勻磁場(chǎng)中會(huì)洛倫茲力的作用而不飛散，因此有可能利用磁場(chǎng)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,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)。,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=1.6610-27千克， c=3108ms),解：m0.0