核聚变和受控热核反应_章节学习

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题型：简答题

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简答题

（12分）太阳现正处于主序星演化阶段．它主要是由电子和、等原子核组成．维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是，放出的核能最后转化为辐射能（普朗克常量J·s）．要求：

（1）已知质子质量mp，氦核的质量mα，电子质量me，光速c．求每发生一次上述聚变反应所释放的核能；

（2）用上述辐射中产生的波长为400nm某一单色光去照射逸出功为3.0×10-19J金属材料铯时，能否产生光电效应？若能，求出产生的光电子的最大初动能．

正确答案

（12分）解析：（1）E

（2）

（12分）解析：（1）释放的核能：（4分）

（2）单色光的能量为：

（4分）

所以可以产生光电效应．最大初动能为：

（4分）

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题型：简答题

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简答题

在核反应堆里，用石墨作减速剂，使铀核裂变所产生的快中子通过与碳核不断的碰撞而被减速。假设中子与碳核发生的是弹性正碰，且碰撞前碳核是静止的。已知碳核的质量近似为中子质量的12倍，中子原来的动能为E0，试求：

（1）经过一次碰撞后中子的能量变为多少？

（2）若E0＝1.76MeV，则经过多少次碰撞后，中子的能量才可减少到0.025eV。

正确答案

（1）（2）

按弹性正碰的规律可求出每次碰撞后中子的速度变为多少，对应的动能也就可以求解；在根据每次碰撞前后的动能之比与需要减少到0.025eV与原动能E0的比值关系，取对数求出碰撞次数（必须进位取整）。

（1）弹性正碰遵循动量守恒和能量守恒两个规律。设中子的质量为m，碳核的质量为M，有：

由上述两式整理得：

则经过一次碰撞后中子的动能：

（2）同理可得

……

设经过n次碰撞，中子的动能才会减少至0.025eV，即，，解上式得。

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题型：填空题

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填空题

He是月球上特有的能源材料，月球上总共有100万吨3He，这是由于太阳风中带有大量的中子，这些中子打入月球表面的__________中形成的.月球表面稀薄的气体里，每1 cm3有数千个3He分子，科学家设想收集这些3He可以在月球上建立__________发电站，并用这些电能开发月球，用不完的电能可以通过____________形式送往地球.

正确答案

He或2He 核聚变电磁波或微波

3He是 He的同位素，它是中子打入某种粒子后得到的，设未知粒子为X，据核反应方程的逆向分析可得出：X+n→He，显然X应为He，它仍是He的同位素.

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题型：简答题

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简答题

两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量为2.0136u，氦核质量为3.0150u，中子质量为1.0087u，则

（1）写出核反应方程；

（2）算出释放核能；

（3）若反应前两个氘核的功能均为0.355MeV，反应时发生的是正对撞，设反应后释放的核能全部转化为动能，则反应后氦核与中子的动能各为多大？

正确答案

(1) H+H→He+n (2) △E=0.0035×931.5MeV=3.26MeV (3) =2.97MeV=0.99MeV

核反应中释放的能量可由爱因斯坦方程先计算出质量亏损后进而求得。

（1）核反应方程为 H+H→He+n

（2）质量亏损为

△m=2×2.0136―1.0087―3.0150

=0.0035（u）

而对应于1u的质量亏损，释放的核能为931.5MeV，于是上述核反应中释放的能量为

△E=0.0035×931.5MeV=3.26MeV

（3）设氘核H，氦核He，中子n的质量数分别为m、m1、m2，于是有

mσ－mσ=m1σ1－m2σ2

mσ2=Ek=0.35MeV

m1σ=

m2σ=

2Ek+△E=+

由此解得

=2.97MeV

=0.99MeV

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题型：简答题

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简答题

已知一个氘核和一个氚核聚变成氦原子核时放出17.6 MeV的能量,问4 g氘和6 g氚在聚变时总共可放出多少能量?

正确答案

2.11×1025 MeV

由氘核和氚核的质量数可知,氘的摩尔质量为2 g,氚的摩尔质量为3 g,所以4 g氘和6 g氚的物质的量都是2,参加核反应的氘核和氚核的数目相同,为n=2NA=12.04×1023个

故聚变后释放的总能量为

E总=nE=12.04×1023×17.6 MeV

=2.11×1025 MeV.

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题型：填空题

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填空题

已知：、、、的质量分别为m1、m2、m3、m4,则关于核反应：+→+,下列说法正确的是( )

正确答案

AD

由小原子核组成较大的原子核过程为核聚变,A对.该反应的质量亏损为(m1+m2)-(m3+m4)故D对.

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题型：简答题

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简答题

铋核（Bi）要放出一个α粒子变成另一个粒子，已知α粒子动能为89.5×10-5 eV，另一粒子动能为22.5×105 eV，则（不计反冲核动能）

（1）完成核反应方程；

（2）1 g铋212全部衰变成铅208所放出的能量是多少？

正确答案

(1)Bi→Pb+He+e

(2)3.18×1028 eV

（1）Bi→Pb+He+e.

（2）E=（89.5×105+22.5×105）××6.02×1023 eV=3.18×1028 eV.

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题型：填空题

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填空题

重核的变和轻核的变都能释放核能。太阳辐射出的能量来源于变；目前，核反应堆放出的能量来源于变。（填“聚” 或“裂”）

正确答案

裂，聚，聚，裂

试题分析：重核的裂变和轻核的聚变都能释放核能。太阳辐射出的能量来源于聚；目前，核反应堆放出的能量来源于裂变

点评：本题难度较小，该题相当于尝试性问题，无论是文科生还是理科生都要了解

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题型：简答题

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简答题

试求在氢弹中当合成1kg的氦时所释放出的能量．（氘核的质量为2. 0136u，氚核的质量为3. 0166u，氦核的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u）

正确答案

解：设弹壳内装的是氘和氚元素，它们在高温下聚变生成氦，

核聚变方程为

当一个氘核与一个氚核发生反应时放出的能量为

△E=△m·c2=(2.0136+3.0166-4.0026-1.0087)×931. 5 MeV= 17. 6 MeV

1 kg氦中所含的原子核数目为

（个）

这样合成1 kg氦时所放出的总能量为

E= N△E=1.5×1026×17.6 MeV=2.64×1027 MeV.

所以在氢弹中合成1kg的氦时所释放出的能量为2.64×1027 MeV．

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题型：简答题

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简答题

两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 1 u，氦核质量为4.002 6 u。

(1)写出核反应方程；

(2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出多少能量。（阿伏伽德罗常数NA=60×1023个/mol，M氘=2 g/mol）

正确答案

解：(1)核聚变反应的方程为

(2)两个氘核结合成一个氦核时的质量亏损为△m=(2×2.0141-4.0026)u =0.0256 u

则△E=△mc2=0.0256×931.5 MeV=23.85 MeV

又1 kg氘中含有氘的对数：=1.5×1026

所以1千克氘完全结合成氦时可以放出的能量为△E总=n·△E=1.5×1026×23.85 MeV=3.58×1027 MeV

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