第7节 核聚变
1．核聚变——热核反应．
(1)聚变：轻核结合成质量较大的核的反应过程称为聚变，聚变伴随释放大量的核能，典型聚变的核反应方程为：
(2)热核反应．
①为了使轻核聚合，必须给它加热到很高温度(几百万度以上)，使原子核获得很大的动能，这样才能使原子核克服正电荷间巨大的库仑斥力，进入范围内，发生聚变，所以聚变反应也称热核反应，热核反应一旦发生，就不再需要外界给它们能量，而靠自身释放的能量把反应进行下去．
②热核反应过程十分激烈，氢弹就是利用热核反应制造的一种大规模杀伤性武器．
③热核反应在宇宙中是很普遍的，太阳内部和许多恒星内部，温度高达以上，热核反应在那里激烈地进行着，太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×，就是热核反应产生的．
2．受控热核反应．
(1)聚变反应和裂变反应相比之优点．
①聚变反应产能效率高，即相同质量的核燃料，聚变比裂变反应放出的核能多．
②聚变反应燃料丰富，即核反应所用的燃料——氘，在地球上储量非常丰富.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约和燃烧300 L汽油相当．
③核废料易处理，核反应产生的放射性废料较少，处理起来比较简单，而裂变时产生的放射性物质，处理起来比较困难．
(2)可控热核反应．
①控制热核反应的难点是，地球上没有任何容器能经受如此高的温度，所以目前可控热核反应还处于探索、实验阶段．
②目前科学家采用两种方法“约束”聚变材料：磁约束和惯性约束．
③“中国环流器一号”和“中国环流器新一号”是我国研究可控热核反应的实验装置．
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1. 我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成第一次工程调试．下列关于“人造太阳”说法正确的是(C)
A．“人造太阳”核聚变的核反应方程是 ，其中X是中子
B．“人造太阳”核聚变的核反应方程是＋，其中X是质子
C．“人造太阳”核聚变的核反应方程是，其中X是中子
D．“人造太阳”核聚变的核反应方程是，其中X是质子
解析：处于实验阶段的核聚变都是氘核和氚核进行的核聚变反应，根据质量数与质子数守恒，从而即可求解．人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，即是，根据质量数与质子数守恒可知，X是，即为中子，而核反应方程，是裂变反应，其中X是中子，故C正确，ABD错误．
2．现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢聚变产生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为：，那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应产生的．已知42He的质量为m1，12 6C的质量为m2，则下列判断正确的是(A)
解析：由于发生上述核聚变时释放核能，根据爱因斯坦质能方程，可知该反应存在质量亏损，所以，即选项A正确．
3. (多选)月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3()”的化学元素，
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将可作为地球发电燃料．即利用氘和氦3发生核聚变反应产生一个质子和一个新核，释放能量进行发电．关于“氦3”与氘核聚变反应，下列说法中正确的是(AD)
A．生成的新核是
B．释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
C．目前核电站普遍利用的就是这种核聚变反应
D．核聚变反应需要一定条件才能发生，如高温、高压
解析：根据电荷数守恒和质量数守恒写出聚变后的产物．在核反应中质量数守恒．轻核聚变在高温、高压下才可以发生. .故A正确；释放能量，出现质量亏损，但是质量数仍然守恒．故B错误；核电站普遍利用重核裂变．故C错误；轻核聚变在高温、高压下才可以发生．故D正确．
4．(多选)下列说法正确的是(BD)
解析：核反应类型分四种，核反应方程的特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等质量的原子核．裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等质量的原子核．人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知B、D两选项正确．
5．下面是一核反应方程：.用c表示光速，则(D)
A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以
B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以
C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以
D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子质量和，再乘以
解析：由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与的乘积，故D项正确．
6．关于核聚变，以下说法不正确的是(B)
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到以内，核力才能起作用
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D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核
解析：与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的．
7. “质子—质子”循环发生的核反应被认为是恒星能量的一种可能来源，具体的一个循环过程是这样的：两个质子()发生聚变，生成一个氘核()，生成的氘核()再与一个质子()聚变生成一个氦核()，接下来两个氦核()发生聚变，生成氦的同位素()同时再产生两个质子()，这两个质子()再度发生聚变…进入下一个循环反应，成为恒星不竭之能量源泉．对于这种“质子—质子”循环发生的核反应，则下列说法正确的是(A)
解析：解答本题的关键是理解书写核反应方程的原则：质量数和电荷数守恒．由题意可知两个质子()发生聚变反应的产物之一为，故根据质量数和电荷数守恒可知该反应为：，故A正确，B错误；将题中叙述的几个反应结合可得：即为一个完整的“质子－质子”循环核反应，故CD错误．
8. 太阳以“核燃烧”的方式向外界释放能量，这种燃烧过程使太阳的“体重”每秒钟减少400万吨，这里“核燃烧”是指(B)
A．重核裂变 B．轻核聚变
C．原子能级跃迁 D．衰变
解析：太阳内部进行的轻核聚变，又称热核反应．太阳以“核燃烧”的方式向外界释放能量，这种燃烧过程使太阳的“体重”每秒钟减少400万吨，这里“核燃烧”是指轻核聚变．故B正确，A、C、D错误．
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9. 下列说法中正确的是(A)
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
B．玻尔氢原子理论是依据天然放射现象分析得出的
C．只要有核反应发生，就一定会释放出核能
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变
解析：太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应；玻尔理论是在氢原子光谱现象的基础上提出的；在核反应中，可能吸收能量，可能释放能量．通过电子轨道半径的变化，通过库仑引力通过向心力，得出电子动能的变化，通过原子能量的变化得出电势能的变化．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应．故A正确；玻尔理论是在氢原子光谱现象的基础上提出的．故B错误；在核反应中，当反应前的质量大于反应后的质量，释放核能，当反应前的质量小于反应后的质量，吸收能量．故C错误；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子能量增大，根据k＝m，知电子动能减小，则电势能增大．故D错误．
10．假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u.
(1)聚变的核反应方程式是______________，在聚变核反应中释放出的能量为________MeV.(保留两位有效数字)
(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为，已知各核子比结合能分别为，试求此核反应过程中释放的核能．
解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为：
.
核反应过程中的质量亏损：
由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量：
ΔE＝3.5×10－3×931.5≈3.3 (MeV)．
(2) 分解成7个核子所需的能量为：
E1＝3×1.112＋4×7.075＝31.636 (MeV)，
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7个核子结合成73Li，释放的能量为：
E2＝7×5.603＝39.221 (MeV)，
所以此核反应过程中释放的核能为：
ΔE＝E2－E1＝39.221－31.636
＝7.585 (MeV)．
答案： 3.3
(2)7.585 MeV
11．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为： ，式中X是某种粒子．
已知：和粒子X的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子X是__________，该反应释放出的能量为________MeV.(结果保留3位有效数字)
答案：10n(或中子) 17.6
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