物理
(2009·温州)开发利用核能是解决能源危机的方法之一,如核裂变已应用于核电站发电.核能产生的另一条途径是:在超高温下,使质量较小的原子核结合成质量较大的新核,同时释放出巨大的能量,这一过程称为
热核反应(或聚变反应)
热核反应(或聚变反应)
.该途径产生的核能是否可以用来发电,还处于实验阶段,其中的一种实验需要强大的磁场,而天然磁体无法满足实验要求,科学家尝试利用
通电导体(或电流、电磁铁)
通电导体(或电流、电磁铁)
周围存在的磁场来达到目的.
(2006·太原)太阳的一生
天文学家认为星际介质在某些条件下会形成恒星,然后进入称为主序星的稳定期.太阳目前正处于主序星演化阶段,它主要由正、负电子和质子、氦的原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,其反应是四个质子聚变为一个氦原子核和两个正电子并释放出大量的能量,这些释放出的核能最后转化为辐射能,并同时以每秒4.2×10
9
kg向外抛出大量物质.在演化末期,太阳将离开主序星阶段膨胀而转化为红巨星的演化阶段,最终塌陷为密度很大的白矮星.
(1)地球只接受了太阳辐射能的二十二亿分之一,就使地面温暖、万物生长.地球接受的辐射能来自太阳中的核
聚变
聚变
反应.
(2)太阳内部进行的核反应是
四个质子聚变为一个氦原子核和两个正电子
四个质子聚变为一个氦原子核和两个正电子
,并释放出能量.
(3)请将太阳演化过程中经历的几个阶段补充完整.
恒星
恒星
→主序星→
红巨星
红巨星
→
白矮星
白矮星
.
(4)太阳从现在演化到最终,经历的几个阶段相比,其密度的变化情况大致是
先变小后变大
先变小后变大
.
(2006·常州)今年年初,中科院等离子体研究所建成了世界上第一个全超导核聚变实验装置,由于其模拟太阳产生能量的方式而被形容为“人造太阳”.科学家的研究表明,在超高压、超
高温
高温
的条件下,两个氢原子核结合成氦原子核,同时释放巨大的能量.受控核聚变的核能作为一种新的能源,具有显著的优点(请写出一点)
原料来源丰富
原料来源丰富
.
阅读下列材料,回答问题:
为了满足人们对能源不断增长的需要,科学家们设想在空间建立太阳能电站来利用太阳能、这种空间太阳能电站建在地球同步轨道上,其工作过程如图所示、在太阳能收集板上铺设太阳能电池,通过它把太阳能转化成电能,再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站、已知太阳能收集板长10km、宽5km,太阳光在它的表面处每平方米的功率为1.4×10
3
W,太阳能电池的光电转化效率为10%,微波的频率为2.5×10
9
Hz,空间太阳能电站向地面的输电效率可达80%,
(1)太阳发出的具大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的
核聚变
核聚变
(选填“核聚变”或“核裂变”).
(2)太阳能电站相对于地面接收站是
静止
静止
(选填“运动”或“静止”)的,空间太阳能电站工作时,地面接收站的接收功率是
5.6×10
9
5.6×10
9
W.
(3)试计算在输电过程中所使用的微波的波长.
社会发展到今天,能源危机开始困扰人类.人们正在寻找各种可能的未来能源,以维持人类社会的持续发展.热核聚变是在上亿摄氏度的高温条件下利用氢的同位素氘、氘在可控情况下发生的核聚变.聚变反应中释放出来的核能提供大量的热量,就像造出一个“人造太阳”.反应后的生成物是无放射性污染的氦.预期于2010年建成的实验反应堆,可以在16min产生1.44×10
12
J的热量.据媒体报道:1L海水提取的氢的同位素,在完全聚变反应中释放的能量,相当于300L汽油完全燃烧所释放的热量.阅读了上述材料和数据后,你一定会有很多感受,谈谈你对“人造太阳”的认识?
我国建造世界上第一个全超导大型非园托卡马克HT-7U,成为国际最先进的磁约束聚变装置.托卡马克装置的主体包括两大部分,就是磁场系统和真空系统.磁场系统包括纵场线圈和加热场的变压器.纵场线圈用来产生强大的纵向磁场,变压器用来感应产生等离子体电流.真空室一般由薄壁不锈钢制成,既要考虑到足够的机械强度,又要有足够的电阻值,还必须留有绝缘缝隙,保证磁场的渗透.抽气系统一般采用大抽速的涡轮分子泵,将真空室抽成10
-6
Pa以上的超高真空,满足等离子体对纯净环境的要求.聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态,也即进入物质第四态.等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体.在等离子体中,由于高温,电子已获得足够的能量摆脱原子核的束缚,原子核完全裸露,为核子的碰撞准备了条件.当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时,原子核就可以克服斥力聚合在一起,如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间,这种聚变反应就可以稳定地持续进行.等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”,当它达到1022时,聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率,必须超过这一基本值,聚变反应才能自持进行.
问题1:什么是轻核聚变反应?需要什么条件?为什么要在如此苛刻的条件下进行?
问题2:用普通容器能否承装反应原料?用什么技术性措施能解决该问题?
问题3:如何产生如此强大的磁场?什么叫低温超导现象?该现象是否遵循欧姆定律?超导现象在什么条件下才能实现?
问题4:为什么在托卡马克中设置真空室?核聚变过程中能量是如何转化的?
问题5:核聚变反应需要什么条件才能自持进行?如果等离子体密度大约为1.02×10
-6
kg/m
3
,温度为1.16×10
8
℃热能约束时间需达到多少时核聚变才能自持进行?
太阳能是大自然赋予人类的一种取之不尽、用之不竭的能源.在太阳进行着大规模的核聚变,其释放的能量主要以电磁波的形式辐射出来.地球每年所接受的太阳能有6×10
17
kw·h.
(1)太阳内部发生核聚变时,释放的主要是哪种能量?答:
光能
光能
.
(2)物体内能改变的方式有两种,“辐射”属于
热传递
热传递
,另一种是
做功
做功
.
(3)地球每年所接受的太阳能约为
2.16×10
24
2.16×10
24
J.
(4)如图所示是一个组合的电池板,它是由一块块小的电池板组合而成的,你知道它们是如何连接的?
(2009·莆田)下列说法中正确的是( )
(2007·株洲)目前,科学家正在研究太空电站,即地球同步轨道上的太阳能电站,其示意图如图所示.下列说法中错误的是( )
下列选项中对应的关系错误的是( )
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