高中物理网

核聚变|核聚变和核裂变

王尚老师微信

什么是核聚变?

核聚变又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。

核聚变的核一般是指由质量小的原子,主要是指氘,在一定条件下(如超高温和高压),只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚,让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核(如氦)。

中子虽然质量比较大,但是由于中子不带电,因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来,大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。

核聚变示意图

核聚变是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化(从一种原子核变化为另外一种原子核)往往伴随着能量的释放。

核聚变是核裂变相反的核反应形式。核聚变燃料可来源于海水和一些轻核,所以核聚变燃料是无穷无尽的。 人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。

科学家正在努力研究可控核聚变,以期望利用核聚变来发电,核聚变可能成为未来的能量来源。太阳辐射就是典型的核聚变。

核聚变方程

核聚变方程wuli.in有很多,典型的核聚变方程如下图所示:

核聚变方程

核子氘与核子氚碰撞后合成氦,并产生一个中子,并释放能量。

为何核聚变释放能量

根据爱因斯坦质能方程,△E=△mc2可知:

能量的亏损,会引起巨大的能量,且比例系数为光速的平方。

小核的核聚变过程中,存在着质量亏损。如上述核聚变方程式所示,存在质量亏损,因此释放能量。

核聚变发电

王尚老师辅导书物理自诊断每道题都有视频讲解,哪道题不会扫题旁二维码即可看视频,学习更高效,考试分数更高,欢迎添加微信teacherws咨询。核聚变发电是一种利用原子核聚变反应产生热能,然后利用热能发电的技术。

它是21世纪正在研究中的重要技术,主要是把聚变燃料加热到1亿度以上高温,让它产生核聚变,然后利用热能发电。与核裂变相比,热核聚变不但资源无限易于获得,其安全性也是核裂变反应堆无法与之相比的。热核反应堆如果在事故状态释能增加时,等离子体与放电室壁的相互作用强度则增大,由此进人等离子体的杂质随之增加。从现有科学技术来看,核聚变发电的最终实现还需很长的时间。

对比核裂变,核聚变发电的优势:氘是从海水里萃取出来的,氚来自金属锂,这是土壤里的一种常见元素。一加仑海水可提供相当于300加仑汽油产生的能量,50杯海水产生的燃料所含的能量,相当于2吨煤。

核聚变电站将不会产生碳,而且生成的放射性副产品也比当前的核电站更少,储存方法也更简单。核聚变电站的核反应堆失控或‘坍塌’,也不会造成危险。因此,核聚变能将对环境和经济都有利。国家点火装置只是第一步,要达到这个目标,科研人员还要进行更多研究和技术开发工作。

核聚变

核聚变与核裂变

从高中物理学习的角度来分析,最简单的判别:

核聚变是小核变大核,而核裂变是大核变小核。

无论是小核变大核的核聚变,还是大核变小核核裂变,都是能量释放的过程,都存在质量亏损。

核聚变与氢弹

氢弹是核武器的一种,是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘(D)、氚(T)等质量较轻的原子的原子核发生核聚变反应(热核反应)瞬时释放出巨大能量的核武器。

氢弹又称聚变弹 、热核弹、热核武器。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同,但威力比原子弹大得多。

氢弹的运载工具一般是导弹或飞机。为使武器系统具有良好的作战性能,要求氢弹自身的体积小、重量轻、威力大。

因此,比威力的大小是氢弹技术水平高低的重要标志。

核聚变学习问题与王尚老师答疑

王尚老师物理答疑

学生问题1:王尚老师您好,我想问您一个问题,是不是所有的小核都能发生核聚变?

王尚老师:并不是这样的,需要知道的是,核聚变是存在质量亏损的核反应方式。核聚变的核反应方程中,一般只有氕、氘、氚和中子、质子、氦核。从应试的角度来看,只有氢元素和氦元素能够参与核聚变反应,有其他元素的都不是核聚变反应。请同学们利用物理自诊断专题43和专题44典型题和我的视频讲解,来更加深入理解这个问题和原子核的其他重要考点。

学生问题2:王尚老师您好,什么是质量亏损?

王尚老师:举一个例子便于同学们理解什么是质量亏损,以及质量亏损所释放的能量。比如说有0.1kg的铀,发生了核变后,铀元素变为了其他元素,而其他所有元素的总质量,只有0.09kg,其他的质量呢?都消失掉了。总的消失质量为△m=0.01kg,同学们可以根据爱因斯坦质能方程公式△E=△mc²估算下大概释放多少的能量,这个数字是不是超乎你的想象?当然啦,上面笔者举的例子,并不是原子弹爆破的真实数据,我仅希望借助此案例帮同学们搞懂质量亏损是什么意思。请同学们利用物理自诊断专题43和专题44典型题和我的视频讲解,来更加深入理解这个问题和原子核的其他重要考点。

参考文献

爱因斯坦的光电效应http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/437787.html

核裂变http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481796.html

什么是1U?U的概念详解http://i.gaozhongwuli.com/resource/14044.html

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

为什么1u等于931.5Mev?http://blog.gaozhongwuli.com/26768

爱因斯坦与原子弹http://blog.teacherws.com/study/5981.html

德布罗意波http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481800.html

卢瑟福的散射实验http://blog.teacherws.com/wen/13432.html

高中物理选修3-5核心考试要点http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481815.html 

作者:王尚,苏阳。校正:齐思源。版权归属高中物理网(gaozhongwuli.com),严禁转载。

王尚老师微信

扫码关注王尚老师微信公众号teacherws,免费获取物理教学视频资料。

   
收藏这篇文章到:

高中物理知识体系图

© 2001 gaozhongwuli.com 高中物理网