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    核聚變|核聚變和核裂變

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    什么是核聚變?

    核聚變又稱核融合、融合反應、聚變反應或熱核反應。

    核聚變的核一般是指由質量小的原子,主要是指氘,在一定條件下(如超高溫和高壓),只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛,讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起,發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核(如氦)。

    中子雖然質量比較大,但是由于中子不帶電,因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來,大量電子和中子的釋放所表現出來的就是巨大的能量釋放。

    核聚變示意圖

    核聚變是一種核反應的形式。原子核中蘊藏巨大的能量,原子核的變化(從一種原子核變化為另外一種原子核)往往伴隨著能量的釋放。

    核聚變是核裂變相反的核反應形式。核聚變燃料可來源于海水和一些輕核,所以核聚變燃料是無窮無盡的。 人類已經可以實現不受控制的核聚變,如氫彈的爆炸。

    科學家正在努力研究可控核聚變,以期望利用核聚變來發電,核聚變可能成為未來的能量來源。太陽輻射就是典型的核聚變。

    核聚變方程

    核聚變方程wuli.in有很多,典型的核聚變方程如下圖所示:

    核聚變方程

    核子氘與核子氚碰撞后合成氦,并產生一個中子,并釋放能量。

    為何核聚變釋放能量

    根據愛因斯坦質能方程,△E=△mc2可知:

    能量的虧損,會引起巨大的能量,且比例系數為光速的平方。

    小核的核聚變過程中,存在著質量虧損。如上述核聚變方程式所示,存在質量虧損,因此釋放能量。

    核聚變發電

    王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高,歡迎添加微信teacherws咨詢。核聚變發電是一種利用原子核聚變反應產生熱能,然后利用熱能發電的技術。

    它是21世紀正在研究中的重要技術,主要是把聚變燃料加熱到1億度以上高溫,讓它產生核聚變,然后利用熱能發電。與核裂變相比,熱核聚變不但資源無限易于獲得,其安全性也是核裂變反應堆無法與之相比的。熱核反應堆如果在事故狀態釋能增加時,等離子體與放電室壁的相互作用強度則增大,由此進人等離子體的雜質隨之增加。從現有科學技術來看,核聚變發電的最終實現還需很長的時間。

    對比核裂變,核聚變發電的優勢:氘是從海水里萃取出來的,氚來自金屬鋰,這是土壤里的一種常見元素。一加侖海水可提供相當于300加侖汽油產生的能量,50杯海水產生的燃料所含的能量,相當于2噸煤。

    核聚變電站將不會產生碳,而且生成的放射性副產品也比當前的核電站更少,儲存方法也更簡單。核聚變電站的核反應堆失控或‘坍塌’,也不會造成危險。因此,核聚變能將對環境和經濟都有利。國家點火裝置只是第一步,要達到這個目標,科研人員還要進行更多研究和技術開發工作。

    核聚變

    核聚變與核裂變

    從高中物理學習的角度來分析,最簡單的判別:

    核聚變是小核變大核,而核裂變是大核變小核。

    無論是小核變大核的核聚變,還是大核變小核核裂變,都是能量釋放的過程,都存在質量虧損。

    核聚變與氫彈

    氫彈是核武器的一種,是利用原子彈爆炸的能量點燃氫的同位素氘(D)、氚(T)等質量較輕的原子的原子核發生核聚變反應(熱核反應)瞬時釋放出巨大能量的核武器。

    氫彈又稱聚變彈 、熱核彈、熱核武器。氫彈的殺傷破壞因素與原子彈相同,但威力比原子彈大得多。

    氫彈的運載工具一般是導彈或飛機。為使武器系統具有良好的作戰性能,要求氫彈自身的體積小、重量輕、威力大。

    因此,比威力的大小是氫彈技術水平高低的重要標志。

    核聚變學習問題與王尚老師答疑

    王尚老師物理答疑

    學生問題1:王尚老師您好,我想問您一個問題,是不是所有的小核都能發生核聚變?

    王尚老師:并不是這樣的,需要知道的是,核聚變是存在質量虧損的核反應方式。核聚變的核反應方程中,一般只有氕、氘、氚和中子、質子、氦核。從應試的角度來看,只有氫元素和氦元素能夠參與核聚變反應,有其他元素的都不是核聚變反應。請同學們利用物理自診斷專題43和專題44典型題和我的視頻講解,來更加深入理解這個問題和原子核的其他重要考點。

    學生問題2:王尚老師您好,什么是質量虧損?

    王尚老師:舉一個例子便于同學們理解什么是質量虧損,以及質量虧損所釋放的能量。比如說有0.1kg的鈾,發生了核變后,鈾元素變為了其他元素,而其他所有元素的總質量,只有0.09kg,其他的質量呢?都消失掉了。總的消失質量為△m=0.01kg,同學們可以根據愛因斯坦質能方程公式△E=△mc²估算下大概釋放多少的能量,這個數字是不是超乎你的想象?當然啦,上面筆者舉的例子,并不是原子彈爆破的真實數據,我僅希望借助此案例幫同學們搞懂質量虧損是什么意思。請同學們利用物理自診斷專題43和專題44典型題和我的視頻講解,來更加深入理解這個問題和原子核的其他重要考點。

    參考文獻

    愛因斯坦的光電效應http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/437787.html

    核裂變http://www.q6113.com/zongjie/x35/481796.html

    什么是1U?U的概念詳解http://i.www.q6113.com/resource/14044.html

    放射性元素http://www.q6113.com/zongjie/x35/481798.html

    為什么1u等于931.5Mev?http://blog.www.q6113.com/26768

    愛因斯坦與原子彈http://blog.teacherws.com/study/5981.html

    德布羅意波http://www.q6113.com/zongjie/x35/481800.html

    盧瑟福的散射實驗http://blog.teacherws.com/wen/13432.html

    高中物理選修3-5核心考試要點http://www.q6113.com/zongjie/x35/481815.html 

    作者:王尚,蘇陽。校正:齊思源。版權歸屬高中物理網(www.q6113.com),嚴禁轉載。

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