1、3.6 核聚变 三维教学目标 1、知识与技能 （1）了解聚变反应的特点及其条件； （2）了解可 控热核反应及其研究和发展； （3）知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前 景。 2、过程与方法：通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的 能力 3、 情感、态度与价值观 （1）通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学； （2）认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学 们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。 教学重点:聚变核反应的特点。聚变反应的条件。 教学方
2、法:教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 （一）引入新课 1967 年 6 月 17 日， 我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢 弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了 7 年。氢弹爆炸释放 核能是通过 轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题。 （二）进行新课 1、聚变及其条件 提问：什么叫轻核的聚变？（两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变） 提问：为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？（因为较轻的原子 核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的
3、原子核能产生更多的质量亏损， 所以平均每个核子释放的能量就更大） 归纳补充： （1）氢的聚变反应： 21H+21H 31He+11H+4 MeV、 21H+31H 42He+10n+17.6 MeV （2）释放能量： E mc 217.6 MeV，平均每个核子释放能量 3 MeV 以上，约为裂变反应释放能量 的 34 倍 提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？ 结论： 微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即 10-15 m，要使原 子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。 宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加
4、热到几百万摄氏度的高温。 聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续 进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。 说明： （1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达 107 K 以上， 因而在 那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量 约为 3.81026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体 重”不断减轻。它每秒有亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是 400 万吨。科学家 估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持 90 亿100 亿年。当然，与人类历史相比，这个时
5、 间很长很长！ （2）上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应 制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几 倍。 提问：氢弹爆炸原理是什么？ 阅读教材：课本图 19.7-1 是氢弹原理图，它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应 所需要的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃。 2、可控热核反 应 （1）聚变与裂变相比有很多优点 提问：目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反 应，以使核聚变造福于人类。我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平。请同学们 自学教材，了解聚变与裂变相比有哪些优点
6、？ 可控热核反应发展进程： 例 1：一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是 21H+31H 42He+10n，其中氘核的质量： mD=2.014 102 u、氚核的质量：m T=3.016 050 u、氦核的质量：m =4.002 603 u、中子的 质量：m n=1.008 665 u、1u=1.660 610-27kg，e = 1.602 210-19C，请同学们求出该核 反应所释放出来的能量。 根据质能方程，释放出的能量为： MeVccEnTD 6.171062.)3(018.)( 928722 平均每个核子放出的能量约为 3.3MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为 1Me
7、V。 总结：聚变与裂变相比，这是优点之一，即轻核聚变产能效率高。 常见的聚变反应： 21H+21H 31He+11H+4MeV、 21H+31H 42He+10n+17.6 MeV。在这两个反 应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物，所以 氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成部分，在覆盖地球表面三分之二的海 水中是取之不尽的。从这个意义上讲，轻核聚变 是能源危机的终结者。 总结：聚变与裂变相比，这是优点之二，即地球上 聚变燃料的储量丰富。 如 1L 海水中大约有 0.03g 氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧 300L 汽油。 总结：聚变与裂变相
8、比，优点之三，是轻核聚变反应更为安全、清洁。 实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了。另外，氘 和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中 子、质子与其他 物质反应而生成的放射性物质，比 裂就所生成的废物的数量少，容易处理。 （2）我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。 EAST 全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，这个装置也被 通称为“人造太阳” ，能够像太阳一样给人类提供 无限清洁的能源。目前，由中科院等离 子体物理研究所设计制造的 EAST 全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件 已安装完毕， 进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造 太阳”实验装置，模拟太阳产生能量。
