1、6核聚变1.(多选)国家国防科技工业局首次发布“嫦娥”三号月面虹湾局部影像图,如图所示.科学家发现在月球上含有丰富的23He(氦3).它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为23He+23He211H+24He.关于23He聚变,下列表述正确的是()A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应会有质量亏损D.目前核电站都采用23He聚变反应发电解析:聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核,聚变过程会有质量亏损,要放出大量的能量.但目前核电站都采用铀核的裂变反应.综上所述,选项B、C正确.答案:BC2.我国自行研制了可控热核反应实验装置“超
2、导托卡马克”(英文名称:EAST,称“人造太阳”).设可控热核实验反应前氘核(12H)的质量为m1,氚核(13H)的质量为m2,反应后氦核(24He)的质量为m3,中子(01n)的质量为m4,已知光速为c.下列说法正确的是 ()A.核反应放出的能量等于(m1+m2-m3-m4)c2B.由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4C.这种热核实验反应是衰变D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同解析:核反应过程中的质量亏损m=m1+m2-m3-m4,释放的核能E=mc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故A正确;核反应过程中质量数守恒,但质量不守恒,核反应过程中存在质量亏损,
3、因此m1+m2m3+m4,故B错误;这种装置的核反应是核聚变,我国大亚湾核电站所使用的核装置是核裂变,它们的核反应原理不相同,故C、D错误.答案:A3.(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释放出能量B.同样质量的物体发生聚变时放出的能量比同样质量的物质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:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核,故A错误;聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,故B正确;裂变反应的
4、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10-15 m,故要求有足够大的动能才能克服原子间的斥力做功,故C错,D正确.答案:BD4.(多选)我国科技工作者分别在1964年、1967年成功爆炸了我国第一颗原子弹和氢弹.下列核反应方程中可表示两弹的爆炸原理的是()A.714N+24He817O+11HB.92235U+01n3890Sr+54139Xe+701nC.92238U90234Th+24HeD.12H+13H24He+01n解析:原子弹是利用核裂变反应,而氢弹是利用核聚变反应,故B项对应原子弹的爆炸原理,D项对应氢弹的爆炸原理;A项为人工核转变,C项为核衰变反应
5、,不符合要求,故本题应选B、D.答案:BD5.热核反应是一种理想能源的原因包括下列哪几条 ()就每一个核子平均来说,比重核裂变时释放的能量多对环境的放射性污染较裂变轻,且容易处理热核反应的原料在地球上储量丰富热核反应的速度容易控制A.B.C.D.解析:热核反应温度高,反应速度难以控制.答案:B6.(多选)有下列核反应:24He+1327Al1530P+01n13H+11H24He+919F+11H816O+24He92235U+01n3890Sr+54136Xe+1001n+下列说法正确的是()A.是原子核的人工转变的反应方程式B.是聚变的核反应方程式C.是衰变的反应方程式D.是裂变的核反应方
6、程式解析:我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识,根据各种定义可知:是人工转变的反应方程式;是聚变的核反应方程式;并不是衰变,而是人工转变,衰变是自发进行的,不需要外界因素的影响;是裂变的核反应方程式.故答案为A、B、D.答案:ABD7.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为11H+612C713N+Q1,11H+715N612C+X+Q2方程中Q1,Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:原子核11H23He24He612C713N715N质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1以下推断正确的
7、是()A.X是23He,Q2Q1B.X是24He,Q2Q1C.X是23He,Q2Q1D.X是24He,Q2Q1解析:由核反应前后质量数守恒、核电荷数守恒可确定X是粒子,两个核反应中的质量亏损分别为:m1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u,m2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6)u=0.005 3 u,结合爱因斯坦质能方程Q=mc2知Q1Q2.故正确选项为B.答案:B8.要使氘核发生聚变反应,必须使它们之间的距离接近到r0,也就是接近到核力能够发生作用的范围,物质温度很高时,氘原子将变为等离子体,等离子体的分子平均
8、动能为Ek=3K1T2,K1叫玻耳兹曼常数,T为热力学温度,两个氘核之间的电势能为Ep=ke2r0,r0为电荷之间的距离,则氘核聚变的温度至少为()A.ke2K1r0B.ke22K1r0C.ke23K1r0D.ke24K1r0解析:由能量守恒知要使氘核能够发生聚变,需2EkEp,即23K1T2ke2r0,所以Tke23K1r0,C正确.答案:C9.原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源.当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量.这几种反应的总效果可以表示为6 12Hk 24He+d 11H+2 01n+43.15 MeV由平衡条件可知()A.k=1,d=4B
9、.k=2,d=2C.k=1,d=6D.k=2,d=3解析:根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知2k+d=64k+d+2=12,解得k=2d=2,B对.答案:B10.天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两种:一是在宇宙诞生后3分钟左右形成;二是在宇宙演化到恒星诞生后形成的.(1)把轻核聚变简化成为4个氢核(11H)聚变成氦核(24He),同时释放出两个正电子(10e)和两个中微子(e),请写出氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量.(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.81017s,每秒钟银河系产生的能量约为11037J,现假定该能量全部来自上述
10、轻核聚变反应,试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字).(3)根据你的计算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断.(可能用到的数据:银河系的质量M=31041 kg,原子质量单位1 u=1.6610-27 kg,1 u相当于1.510-10 J的能量,电子质量me=0.000 5 u,氦核的质量mHe=4.002 6 u,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子质量为零)解析:(1)411H24He+210e+2e,核反应过程中的质量亏损:m=4mp-mHe-2me=0.027 6 u,核反应过程中放出的能量为E=m1.510-10 J=0.027 61.510-10 J=4.1410-12J.(2)通过核聚变生成的氦的质量:m=PtEmHe=6.11039 kg,氦的含量为k=mM=6.11039310412%.(3)由于2%远远小于25%,所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.答案:(1)411H24He+210e+2eE=4.1410-12J(2)2%(3)氦主要是宇宙诞生后不久生成的
