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本節(jié)主要研究了聚變核反應(yīng)的特點(diǎn)和條件，聚變反應(yīng)要比裂變反應(yīng)釋放更多的能量，但它發(fā)生的條件是要達(dá)到幾百萬(wàn)度的高溫，因而聚變反應(yīng)也叫熱核反應(yīng).可控?zé)岷朔磻?yīng)的研究和實(shí)驗(yàn)將為人類和平利用核能開(kāi)發(fā)新的途徑。

2．可控?zé)岷朔磻?yīng)

(1)聚變與裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn)

提問(wèn)：目前，人們還不能控制核聚變的速度，但科學(xué)家們正在努力研究和嘗試可控?zé)岷朔磻?yīng)，以使核聚變?cè)旄Ｓ谌祟�。我�?guó)在這方面的研究和實(shí)驗(yàn)也處于世界領(lǐng)先水平。請(qǐng)同學(xué)們自學(xué)教材，了解聚變與裂變相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？

投影材料二^[2]：可控?zé)岷朔磻?yīng)發(fā)展進(jìn)程

例：一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生聚變，其核反應(yīng)方程是²₁H+³₁H→⁴₂He+¹₀n，其中氘核的質(zhì)量：m_D=2.014 102 u、氚核的質(zhì)量：m_T=3.016 050 u、氦核的質(zhì)量：m_α=4.002 603 u、中子的質(zhì)量：m_n=1.008 665 u、1u=1.660 6×10^-27kg，e = 1.602 2×10^-19C，請(qǐng)同學(xué)們求出該核反應(yīng)所釋放出來(lái)的能量。

學(xué)生計(jì)算：

根據(jù)質(zhì)能方程，釋放出的能量為：

教師點(diǎn)拔：平均每個(gè)核子放出的能量約為3.3MeV，而鈾核裂變時(shí)平均每個(gè)核子釋放的能量約為1MeV。

總結(jié)：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點(diǎn)之一，即輕核聚變產(chǎn)能效率高。

教師點(diǎn)拔：常見(jiàn)的聚變反應(yīng)：²₁H+²₁H→³₁He+¹₁H+4MeV、 ²₁H+³₁H→⁴₂He+¹₀n+17.6 MeV。在這兩個(gè)反應(yīng)中，前一反應(yīng)的材料是氘，后一反應(yīng)的材料是氘和氚，而氚又是前一反應(yīng)的產(chǎn)物，所以氘是實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)反應(yīng)的原始材料，而氘是重水的組成部分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的。從這個(gè)意義上講，輕核聚變是能源危機(jī)的終結(jié)者。

總結(jié)：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點(diǎn)之二，即地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富。如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。

聚變與裂變相比，優(yōu)點(diǎn)之三，是輕核聚變反應(yīng)更為安全、清潔。

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。另外，氘和氚聚就反應(yīng)中產(chǎn)生的氦是沒(méi)有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時(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)，比裂就所生成的廢物的數(shù)量少，容易處理。

(2)我國(guó)在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)展情況。

EAST全超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置以探索無(wú)限而清潔的核聚變能源為目標(biāo)，這個(gè)裝置也被通稱為“人造太陽(yáng)”，能夠像太陽(yáng)一樣給人類提供無(wú)限清潔的能源。目前，由中科院等離子體物理研究所設(shè)計(jì)制造的EAST全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置大部件已安裝完畢，進(jìn)入抽真空降溫試驗(yàn)階段。我國(guó)的科學(xué)家就率先建成了世界上第一個(gè)全超導(dǎo)核聚變“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置，模擬太陽(yáng)產(chǎn)生能量。

點(diǎn)評(píng)：通過(guò)了解我國(guó)在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的成就，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和獻(xiàn)身科學(xué)的能力。

教師：1967年6月17日，我國(guó)第一顆氫彈爆炸成功。從第一顆原子彈爆炸成功到第一顆氫彈爆炸成功，我國(guó)僅用了兩年零八個(gè)月。前蘇聯(lián)用了四年，美國(guó)用了7年。氫彈爆炸釋放核能是通過(guò)輕核的聚變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這節(jié)課我們就來(lái)研究聚變的問(wèn)題.

學(xué)生：學(xué)生認(rèn)真仔細(xì)地聽(tīng)課

點(diǎn)評(píng)：通過(guò)介紹我國(guó)第一氫彈爆炸，激發(fā)同學(xué)們的愛(ài)國(guó)熱情。

8.2×10¹⁰ J.　　

所以，每年消耗的鈾的量為

點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生推理及公式演算的能力。注意速度單位的換算，運(yùn)算過(guò)程中帶單位運(yùn)算。適當(dāng)進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育。

聚變

4、例題

例題1、下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是(　　　　 )

A、

B、

C、

D、

分析：核反應(yīng)中有四種不同類型的核反應(yīng)，它們分別是衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變。其中衰變中有衰變、衰變等。

是衰變，

是衰變，

是人工轉(zhuǎn)變，只的C選項(xiàng)是重核裂變。

學(xué)生回答：

解：表示核裂變的是C

點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生的擴(kuò)散散性思維。

例題2、秦山核電站第一期工程裝機(jī)容量為30萬(wàn)kW，如果1g鈾235完全裂變時(shí)產(chǎn)生的能量為8.210¹⁰ J，并且假定產(chǎn)生的能量都變成了電能，那么，每年要消耗多少鈾235?(一年按365天計(jì)算)

學(xué)生回答：

解：核電站每天的發(fā)電量為W=Pt=3×10⁸×24×3600 J=2.592×10¹³ J.

每年的發(fā)電量W_總=365W=9.46×10¹⁵ J而1 g鈾完全裂變時(shí)產(chǎn)生的能量為

教師：大家都知道在第二次世界大戰(zhàn)即將結(jié)束的時(shí)候，美國(guó)于1945年8月6日、9日先后在日本的廣島、長(zhǎng)崎上空投下了兩顆原子彈，剎那間，這兩座曾經(jīng)十分美麗的城市變成一片廢墟．大家還知道目前世界上有少數(shù)國(guó)家建成了許多核電站，我國(guó)也相繼建成了浙江秦山核電站和廣東大亞灣核電站等。我想，現(xiàn)在大家一定想知道原子彈爆炸及核發(fā)電的原理，那么，我們這節(jié)課就來(lái)學(xué)習(xí)裂變，通過(guò)學(xué)習(xí)，大家就會(huì)對(duì)上述問(wèn)題有初步的了解。

播放VCD光碟，展示原子彈爆炸的過(guò)程及原子彈爆炸后形成的慘景的片段。

學(xué)生：觀看原子彈爆炸的過(guò)程，并形成裂變能放出巨大能量的初步認(rèn)識(shí)。

點(diǎn)評(píng)：激發(fā)起學(xué)生主動(dòng)探求知識(shí)的欲望，從而為下一步進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)奠定一個(gè)良好的基礎(chǔ)。