原子核的融合与核能.PDF

高級中學物理（下冊） 第十一章 原子核與核能 11-6：原子核的融合與核能 12 11-6：原子核的融合與核能 一、 核子的質量與原子序的關係： １. 為什麼核分裂或核融合在反應後質量會減少，根據質能互換 質 量 公式 產生巨大能量呢？ ／ 核 子 ２. 當我們觀察每一核子的質量隨其原子序變化的關係曲線時， 1 26 92 發現可發現曲線呈變體的『V』字形，曲線在原子序為 時 氫 鐵 鈾 出現極小值，亦即鐵原子核內每一核子的質量在所有元素中是最小。 ３. 原子序大於鐵的元素，原子序愈大，則每一核子的質量也愈大，當一個大的原子核分 裂成兩個或多個較小的原子核，雖然分裂前後核子的個數一樣，但分裂後總質 量 。故發生核分裂的原子核大多是原子序大的元素(如鈾等)。 ４. 原子序小於鐵的元素，原子序愈小，則每一核子的質量也愈大，當兩個較小的原子核 融合成一個較大的原子核，即使融合前後的核子個數相同，但融合後總質量變少，因 此可以核融合後也可以產生大量的能量。核融合的原子核大多是原子序小的元素。 二、 核融合： １. 當兩個輕的原子核聚合成較重的原子核時，若反應後的總質量較反應前減少，則可釋 放出能量，此過程稱為核融合。 ２. 氘與氚的核融合： (1) 例如氘( 2 H)和氚( 3 H)皆為氫的同位素，氘核有一個 子和一個 子，氚核有 1 1 一個 子和二個 子。當氘核和氚核融合時，產生氦核，並產生一個中子且 釋放出能量。 高級中學物理（下冊） 第十一章 原子核與核能 11-6：原子核的融合與核能 13 2 3 (2) 其反應式為： H ＋ H → ＋ 1 1 (3) 各原子核的質量： 2 H ＝2.014102u ； 3 H ＝3.016050u 1 1 4 He ＝4.002603u ； 1n ＝1.008665u 2 0 (4) 反應前後質量差： Δm ＝3.135802×10-29kg (5) 釋出的能量：E ＝Δmc2 ＝17.59 MeV ＝2.814×10-12 焦耳 (6) 一公斤的碳燃燒之後僅能產生 焦耳的能量，而一公斤的鈾 235 分裂可以 產生 焦耳的能量，一公斤的鈾 235 所釋出的能量約為 公斤的碳。 若氘與氚的融合總質量為一公斤，則可產生 焦耳的能量，相當於 公斤的碳燃燒後所產生的能量。 (7) 由上述分析可以知道能量釋放的大小為： ＞ ＞ 三、 核融合的條件： １. 一千萬度以上的高溫：要使兩個原子