1、核聚变粒子和宇宙(25分钟50分)一、选择题(本题共4小题，每题5分，共20分)1.下面是一核反应方程HHHe+X。用c表示光速，则 ()A.X是质子，核反应放出能量为质子质量乘以c2B.X是中子，核反应放出能量为中子质量乘以c2C.X是质子，核反应放出能量为氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D.X是中子，核反应放出能量为氘核与氚核的质量和减去氦核与中子质量和，再乘以c2【解析】选D。由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得X为n(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c2的乘积，故D项正确。2.一个质子和一个中子聚变组合成一个氘核，同时辐射出一个光子。已知质
2、子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是()A.核反应方程是HnH+B.聚变反应的质量亏损m=m1+m2-m3C.辐射出的光子能量E=(m3-m1-m2)cD.光子的波长=【解析】选B。A项中核反应方程不满足质量数守恒，错误。B项中m正好是结合前核子总质量与原子核质量之差，由质能方程可知辐射出的光子的能量为E=(m1+m2-m3)c2，C项错误。由c=v及E=h得，光子的波长为=，故D错。3.(多选)(2020承德高二检测)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“
3、人造太阳”的说法正确的是()A.“人造太阳”的核反应方程是HHHenB.“人造太阳”的核反应方程是UnBa+Kr+nC.根据公式E=mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D.根据公式E=mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同【解析】选A、CHHHen是轻核聚变方程，“人造太阳”的核反应方程便是此方程，故A正确，B错误；根据核聚变特点，相同质量的核燃料，核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故C正确，D错误。4.太阳内部持续不断地发生着4个质子H)聚变为1个氦核He)的热核反应，核反应方程是HHe+2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、
4、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是 ()A.方程中的X表示中子n)B.方程中的X表示正电子e)C.这个核反应中质量亏损m=4m1-m2D.这个核反应中释放的核能E=(4m1-m2-m3)c2【解析】选B。核反应方程为HHe+e，即X表示正电子，这个核反应中质量亏损m=4m1-m2-2m3，这个核反应中释放的核能E=(4m1-m2-2m3)c2，选项B正确。【补偿训练】(多选)在某些恒星内，3个粒子结合成一个CC原子的质量是12.000 0 uHe原子的质量是4.002 6 u，已知1 u=1.6610-27kg，则()A.反应过程中的质量亏损是m=0.007
5、8 uB.反应过程中的质量亏损是m=1.2910-29kgC.反应过程中放出的能量是7.266 MeVD.反应过程中放出的能量是1.1610-19 J【解析】选A、B、C。其反应方程是HeC。其质量亏损为m=(34.002 6-12.000 0)u=0.007 8u，A项对；m=0.007 81.6610-27kg=1.2910-29 kg，B项对；E=0.007 8931.5 MeV=7.266 MeV，C项对；E=7.2661061.610-19 J=1.1610-12 J，D项错误。二、计算题(12分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)5.热核反应中所用的燃料氘，在地
6、球上储量非常丰富，1 L海水中大约有0.3 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300 L汽油相当。若氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，光速为c，阿伏加德罗常数为NA，氘的摩尔质量为m0。(1)写出两个氘核聚变成一个氦核的核反应方程。(2)质量为M的氘参与上述聚变反应可释放出的能量为多少？【解析】(1)核反应方程为HHHe。(2)核反应的质量亏损为m=2m1-m2，E=mc2=(2m1-m2)c2，据题意得，质量为M的氘中的氘核数为n=NA质量为M的氘核参与聚变放出的能量为E=。答案：(1HHHe(2)【补偿训练】一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH=1.007 3u
7、，中子质量mn=1.008 7 u，氚核质量m=3.018 0 u。(1)写出聚变方程。(2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？【解析】(1)聚变方程H+nH(2)质量亏损m=mH+2mn-m=(1.007 3+21.008 7-3.018 0)u=0.006 7u，释放的核能E=mc2=0.006 7931.5 MeV6.24 MeV。(3)平均每个核子放出的能量为 MeV=2.08 MeV。答案：(1H+nH(2)6.24 MeV (3)2.08 MeV【能力挑战区】6.(6分)(多选)核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富，已知氘核的质量为m1，中子质量为m2He
8、的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是 ()A.两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子B.两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子C.两个氘核聚变成一个He所释放的核能为(2m1-m3-m4)c2D.与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性【解析】选B、D。由核反应方程知HHeX，X应为中子，释放的核能应为E=(2m1-m3-m2)c2，聚变反应的污染非常小。而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性，故A、C错误，B、D正确。7.(12分)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1.0
9、08 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HHeLi，已知各核子比结合能分别为EH=1.112 MeV、EHe=7.075 MeV、ELi=5.603 MeV，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：HHHen。核反应过程中的质量亏损：m=2mD-(mHe+mn)=22.013 6 u-(3.015 0+1.008 7)u3.510-3 u。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：E=3.510-3931.5 MeV3.3 MeV。(2H和He分解成7个核子所需的能量为：E1=31.112 MeV+47.075 MeV=31.636 MeV，7个核子结合成Li，释放的能量为：E2=75.603 MeV=39.221 MeV，所以此核反应过程中释放的核能为：E=E2-E1=39.221 MeV-31.636 MeV=7.585 MeV。答案：(1HHHen3.3(2)7.585 MeV