11．我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我
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国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列．该反应所进行的聚变过程是2→2He＋0n，反应原1H＋1H―23料氘(1H)富存于海水中，而氚(1H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核(63Li)的人
工核转变得到．
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(1)请把下列用中子轰击锂核(63Li)产生一个氚核(1H)和一个新核的人工核转变方程填写完整：
________＋1→________＋30n―1H.
6(2)在(1)中，每产生1 g氚的同时有多少个3Li核实现了核转变？(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023
mol－1)
(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.6×10－13 J，求该核聚变过程中的质量亏损．
143【解析】 (1)核反应方程为：6→2He＋1H. 3Li＋0n―
1166(2)因为1 g氚为3 mol，根据核反应方程，实现核转变的3Li也为3mol，所以有2.0×1023个3Li实现了核转变．
(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，核聚变反应中有5个核子参加了反应，5个核子释放总能
－12
2.8×10ΔE－29
量ΔE＝5×5.6×10－13J＝2.8×10－12 J，所以质量亏损为Δm＝c2＝ kg. 82 kg＝3.1×10?3×10?
4
【答案】 (1)63Li 2He
(2)2.0×1023个 (3)3.1×10－29 kg
12．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近几年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u,1 u＝1.66×10－27 kg.
(1)写出氘和氚聚变的反应方程； (2)试计算这个核反应释放出来的能量；
(3)若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转化成了电能，求每年要消耗氘的质量？(一年按3.2×107 s计算，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)
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【解析】 (1)氘和氚聚变的反应方程为21H＋1H→2He＋0n.
(2)该反应过程的质量亏损Δm＝2.0141 u＋3.0160 u－4.0026 u－1.0087 u＝0.0188 u＝3.1208×10－
29
kg
释放的核能ΔE＝Δmc2＝3.1208×10－29×(3×1082－12) J＝2.8×10(3)设每年要消耗的氘的质量为M，氘原子的质量为MD 由能量守恒可得：M
MD
·ΔE·η＝Pt
可得：M＝ptMDΔE·
η＝
3.0×105×103×3.2×107×2.0141×1.66×10－27
2.8×10－12×0.5
kg＝23 kg.
【答案】 (1)21H＋31H→42He＋1
0n (2)2.8×10
－12 J (3)23 kg
J.
2024-2024学年高二物理鲁科版选修3-5练习：学业分层测评13 Word版含解析
