第7、8节核聚变__粒子和宇宙
核聚变
[探新知·基础练]
1．核聚变
(1)定义：
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变。聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。
(2)发生条件：
轻核聚变必须在温度达到几百万开尔文时，才可以发生，因此又叫热核反应。聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。
(3)实例：
①热核反应主要应用在核武器上，如氢弹；
②热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反射堆；
③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV，该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。
2．受控热核反应
(1)聚变与裂变相比有很多优点：
①轻核聚变产能效率高；
②地球上聚变燃料的储量丰富；
③轻核聚变更为安全、清洁。
(2)实现核聚变的方法：
①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温；
②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)
1．我国一些核电站已经开始大规模利用轻核聚变发电。(×)
2．轻核聚变须达到几百万开尔文以上的高温，自然界不存在轻核聚变。(×)
[释疑难·对点练]
1．从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。
例如：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(4,2)He＋17.6MeV。
2．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10－15m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。
3．特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
4．应用
(1)核武器——氢弹。
(2)可控热核反应：目前处于探索阶段。
5．轻核聚变与重核裂变的区别
重核裂变
轻核聚变
放能原理
重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能
两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍
核废料处理难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
原料的蕴藏量
核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7%
主要原料是氘，在地球上的储量丰富，1L海水中大约有0.03g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300L汽油相当
可控性
速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用裂变反应释放核能
目前，除氢弹以外，人们还不能控制它
[试身手]
1．(多选)关于聚变，以下说法正确的是()
A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量
B．同样质量的较轻核发生聚变时放出的能量比同样质量的较重核裂变时释放的能量大好多倍
C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
解析：选BD两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但其生成物不是中等质量的核，故A错误；轻核发生聚变反应放出的能量比同样质量的重核裂变时释放的能量大得多，故B正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15m，故要求有足够大的动能克服原子核间的斥力做功，故C错误，D正确。
粒子和宇宙
[探新知·基础练]
粒子的发现
(1)“基本粒子”不基本：
直到19世纪末，人们称光子、电子、质子和中子是基本粒子。
(2)发现新粒子：
1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等。
(3)夸克模型：
上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷分别为元电荷的＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)，每种夸克都有对应的反夸克。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)
1．质子、中子不能再分。(×)
2．反粒子与粒子有相同的电量，但电性相反。(√)
[释疑难·对点练]
1．物质的结构
(1)粒子世界：
①电子、质子和中子：直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、质子和中子；
②新粒子：1912年奥地利物理学家赫斯对宇宙线研究，发现一些新粒子。人们用高能加速器进行实验；发现了更多新粒子，1932年发现了正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介