核聚变中的等离子体 - 副本

等离子体特性实验

实验简介 等离子体是由大量的带电粒子组成的非束缚态体系，是继固体、液体、气体之后物质的第四种聚集状态。等离子体有别于其他物态的主要特点是其中长程的电磁相互作用起支配作用，等离子体中粒子与电磁场耦合会产生丰富的集体现象。气体放电是产生等离子体的一种常见形式，在低温等离子体材料表面改性、刻蚀、化学气相沉积、等离子体发光等方面有广泛的应用，同时也是实验室等离子体物态特性研究的重要对象。气体放电实现的方式可以千差万别，但产生放电的基本过程是利用外（电）场加速电子使之碰撞中性原子（分子）来电离气体。 本实验的目的是领会气体放电的基本原理和过程；掌握常规的静电探针诊断方法；了解等离子体中离子声波的激发、传播、阻尼等基本特性。 实验原理 ?气体放电原理与实验装置 ●利用电子对中性气体的轰击使气体电离是产生等离子体的一种 常见的方法。在直流放电情况下，当灯丝（钨、鉭）达到足够高 的温度时，许多电子会克服表面脱出功而被发射出来。这些初始 电子在外加的直流电场中加速，获得足够的能量与中性气体碰撞 并使之电离。室温下大多数常用气体的第一电离能在20eV左右， 故而施加于阴极（灯丝）与阳极（本实验中为真空室壁）之间的 电位差必须高于20V。遭轰击而被剥离的电子称为次级电子，与 初始电子相比，次级电子的能量较低。等离子体中大多数电子是 次级电子。电子碰撞电离截面在能量为几十电子伏左右达到最大， 通常在阴极与阳极之间施加30~100V电压就可以形成稳定的直流 放电。 ●有几种因素限制了电极间产生的放电电流的大小。首先是阴极的 电子发射能力的限制，阴极表面的发射电流密度由理查森 （Richardson）定律给出：

等离子体物理培养方案

等离子体物理学科硕士研究生培养方案 （专业代码：070204） 等离子体物理主要研究微波等离子体理论与应用、计算等离子体物理、等离子体电子学以及激光与等离子体的相互作用、聚变等离子体、等离子体诊断。微波等离子体理论与应用，重点研究其产生、维持的理论和方法，微波等离子体激光、微波等离子体沉积及新材料制备等。计算等离子体物理研究等离子体重要物理过程的粒子模拟技术（PIC技术）。等离子体电子学主要研究电磁场或电磁波和电子注及等离子体的三元相互作用，探索新型高效率、高功率微波器件。聚变等离子体学主要开展对受控聚变中所涉及的基础等离子体物理学进行细致研究。重点开展波与等离子体相互作用及加热机理，探索新型等离子体诊断方法。 一、培养目标 培养德、智体全面发展的，具有坚实的数理基础和等离子体物理专业知识，掌握本学科坚实的理论基础及系统的专门知识，掌握现代微波等离子体实验技能和基本的等离子体诊断技术，了解等离子体物理的前沿领域和发展动态。具有严谨求实的科学态度和工作作风及从事科学研究工作及独立从事专门技术工作的能力，能胜任高等院校、研究机构和产业部门有关方面的教学、研究、工程、开发及管理工作。 二、研究方向 1．微波等离子体理论与应用2．计算等离子体物理 3．聚变等离子体物理4．等离子体电子学 5．等离子体诊断6．太赫兹科学技术 三、培养方式和学习年限 全日制硕士研究生学制为三年。提前完成硕士学业者，可申请提前半年毕业；若因客观原因不能按时完成学业者，可申请适当延长学习年限，但最长学习年限不超过四年。 四、学分与课程学习基本要求 总学分要求不低于26学分，其中课程总学分不低于24个学分，必修环节不低于2学分。课程学分要求中，学位课不低于15学分，其中公共基础课必修，基础课至少选修一门。专业基础课中有“*”标志的为全校共选专业基础课。允许在导师指导下、在相同学科门类之间、工科与理科之间跨学科选修1～2门学位课作为本学科的学位课。 学位课可以代替非学位课，但非学位课不能代替学位课。对于跨学科专业录取的硕士生，要求补修相应专业本科核心课程至少2门，通过考试，但不计学分；通过后方可选修专业课。 研究生应在导师指导下制定个人培养计划和具体选课。研究生学习与研究课题有关的专业知识，可由导师指定内容系统地自学某些课程，并列入个人培养计划，但不计学分。 五、课程设置 研究生课程主要划分为学位课、非学位选修课、必修环节三大部分。

等离子体诊断技术作业题及答案

“等离子体诊断技术”课程作业题 1.试述光谱分析法对激光等离子体诊断的特点以及能进行定量测试的物理量，并举例说明； 答：不同波段对分析仪器及所用的分析技术的要求不相同。而且各种类型的高温等离子体的参数范围变化很大，不同的参数范围和不同的诊断方法对光谱的分析也有不同的要求。在此着重介绍可见光区光谱分析，稍微介绍下红外和紫外以及X射线光谱。在可见光区，光谱分析基本上都是用棱镜光谱仪、衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪。光谱分析仪中最关键的元件是棱镜或衍射光栅等色散元件，它用以使不同波长的光在空间分离出来。 棱镜的分光原理是基于某些透光物质的色散作用，即某些透光介质对不同光波的光具有不同的折射率。棱镜光谱分析仪最大的优点是其没有光谱重叠问题。其显 著缺点是，在0.4m μ到1.0m μ，d n dλ 均下降约达一个数量级，使角色散率和分辨 率都随波长而有显著变化。棱镜光谱仪的工作光谱区，主要取决于棱镜及其它光学零件所用材料的光谱透射率。国产KCA-1型大型棱镜摄谱仪，光源出发的光通过三透镜系统照明狭缝，使得整个狭缝照明均匀，并使光线充满物镜，从而发挥仪器的最大分辨率。狭缝是光谱仪中十分精密的部件，其缝宽调节精度达微米量级，它的高度有光阑调节。 近代高级的光谱仪大多都采用光栅作为色散元件。从广义上讲，任何一种装置和结构，只要它能给入射光的振幅或相位、或者两者同时加以周期性的空间调制，都称为衍射光栅。它的分光作用是基于光的衍射和干涉现象。实际采用的光栅都不采用投射式，而采用反射式。由于振幅调制式光栅的大部分光强仍然都落在五色散的零级谱上，因而现代所有的光栅都采用相位调制式反射光栅。相位调制式反射光栅的主要优点是，可以选择一定形状的沟槽断面，是大部分的入射光集中于预定的方向上，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀光栅在闪耀方向上，所集中地入射总光能可达80%~90%，这是闪耀光栅的最大优点。在光栅光谱仪中，不同波长的不同光谱级的光会发生重叠，这是其最严重的缺点之一。反射光栅除了上述的平面反射光栅外，还有一种所谓凹面反射光栅，它是在球面反射镜上沿弦刻画出等间隔且等宽的许多平行直刻痕二制成的。凹面光栅除了具有与平面光栅相同

等离子体实验报告

等离子体分析实验报告 摘要: 本文阐述了气体放电中等离子体的特性及其测试方法，分别使用单探针法和双探针法测量了等离子体参量，并简要介绍了等离子体的应用,最后对实验结果进行讨论。 关键词:等离子体、单探针、双探针 (一)引言 等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。 （二）实验目的 1，了解气体放电中等离子体的特性。 2，利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。 （三）实验原理 1，等离子体的物理特性 等离子体定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。

（3）宏观上是电中性的。 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度e T 。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为e n ，正离子密度为i n ，在等离子体中e i n n 。 （3）轴向电场强度L E 。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能e E 。 （5）空间电位分布。 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在10～102 Pa 时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图一所示。8个区域的名称为 （1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区， （6）正辉区，（7）阳极暗区，（8）阳极辉区。其中正辉区是等离子区。 辉光放电的光强、电位和场强分布 2，单探针与双探针法的测量原理 测试等离子体的方法被称为诊断。等离子体诊断有探针法，霍尔效应法，微

第十一章原子核的裂变和聚变123

第五章 核裂变与核聚变 5.1核裂变反应 1.自发裂变与诱发裂变 1).自发裂变－原子核没有外来粒子轰击自行发生裂变 一般表达式 212211Y Y X A Z A Z A Z +→ 21A A A +=；21Z Z Z +=。 (1)裂变能s f Q , 由能量守恒可以导出自发裂变的裂变能s f Q , ()()222111,,,A Z Y A Z Y s f T T Q += ()()()[]222112,,,c A Z M A Z M c A Z M ?+-= ()()()A Z B A Z B A Z B ,,,2211-+= ()[()()]2211,,A Z A Z A Z -?+?-?= 自发裂变发生的条件：0,>s f Q 。 从比结合能曲线看，90>A 即可满足此条件。 (2)裂变势垒与穿透势垒概率 从上面讨论可见，90>A 原子核就可能发生自发裂变。但实验发现很重的核才能发生，有能量放出只是原子核自发裂变的必要条件，具有一定大小的裂变概率，才能在实验上观察到裂变事件。 和α衰变的势垒穿透类似，原子核自发裂变也要穿透一个势垒，这种裂变穿透的势垒称为裂变势垒。势垒穿透概率的大小和自发裂变半衰期密切相关，穿透概率大，半衰期就短，穿透概率小，半衰期就长。而且，自发裂变半衰期对于裂变势垒的高度非常敏感，例如，垒高相差MeV 1，自发裂变半衰期可以差到5 10倍。根据核的液滴模型可得裂变势垒的近似公式 sp s b E A Z E ,3 2 219 .0183.0??? ? ? ?-= 式中sp s E ,球形核的表面能。 随着A Z 2的加大，裂变势垒高度降低。因而自发裂变的概率增加。A Z 2较小的核，尽管满足0 ,>s f Q ， 但因裂变势垒太高，很难穿透势垒，所以，这些核对自发裂变是稳定的。。 (3)裂变份额f R 重核大多数具有α放射性，自发裂变与α衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕变的两种形式。发生自发裂变过程的衰变常数记为f λ，发生α衰变过程的衰变常数记为αλ。 对 U 23592 ： a 101039.9-α?=λ，a f 181085.3-?=λ； 故裂变份额 0≈λ+λ λ= α f f f R 对Cf 25298 ：a 725.0=λα，a f 3 10 10.8-?=λ； 故裂变份额 %8.2=λ+λ λ= α f f f R 对 Cf 254 98 ：则裂变份额:%7.99=f R 。 裂变碎片是很不稳定的原子核，一方面碎片处于较高的激发态，另一方面它们是远离β稳定线的丰中子核而发射中子，所以自发裂变核又是一种很强的中源。 ２)诱发裂变－在外来粒子的轰击下，靶核与入射粒子形成复合核，复合核一般处于激发态，会进而发生裂变。入射粒子可以是带电粒子或中子，主要研究是中子，它是链式核反应的主要过程。 其一般表达式为 Y Y X X n A Z A Z A Z A Z 2211*1+→→ ++

高三物理裂变和聚变

裂变和聚变 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。 2．知道什么是链式反应。 3．会计算重核裂变过程中释放出的能量。 4．知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。 5．了解聚变反应的特点及其条件. 6．了解可控热核反应及其研究和发展. 7．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。 （二）过程与方法 1．通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用 教学图像处理物理问题的能力。 2．通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。 （三）情感、态度与价值观 1．激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。 2．通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。 3．确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。 ★教学重点 1．链式反应及其释放核能的计算。 2．重核裂变的核反应方程式的书写。 3. 聚变核反应的特点。 ★教学难点 1、通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。 2、聚变反应的条件。 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 重核裂变 （一）引入新课 教师：大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟．大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。

为什么说核聚变是终极能源

为什么说核聚变是终极能源？ 随着社会的进步，人类对能源的需求越来越大，传统的化石能源已经接近枯竭。可控核聚变是解决能源危机的最终手段。一升海水中的氘元素蕴含的能量相当于300升汽油。 01磁场约束核聚变——托克马克装置 托卡马克，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形、真空室、磁、线圈。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。 相比其他方式的受控核聚变，托卡马克拥有不少优势。1968年8月在苏联新西伯利亚召开的第三届等离子体物理和受控核聚变研究国际会议上，阿齐莫维齐宣布在苏联的T-3托卡马克上实现了电子温度 1 keV，质子温度 0.5 keV，n τ=10的18次方m-3.s，这是受控核聚变研究的重大突破，在国际上掀起了一股托卡马克的热潮，各国相继建造或改建了一批大型托卡马克装置。其中比较著名的有：美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的 ST Tokamak，美国橡树岭国家实验室的奥尔马克，法国冯克奈-奥-罗兹研究所的 TFR Tokamak，英国卡拉姆实验室的克利奥（Cleo），西德马克斯-普朗克研究所的 Pulsator Tokamak。 2006年9月28日，中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。EAST成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。 早在1933年，即发现核裂变现象五年前，人类就发现了核聚变。虽然核裂变比核聚变发现得晚，但是很快就实现了核裂变爆炸。随着受控核裂变发电获得成功，世界范围内大规模核电站建设迅速展开，并投入商业运行。 在核聚变实现后，同样，人们也试图能和平利用受控核聚变，如建立受控核聚变发电厂。与利用核裂变发电相比，利用受控核聚变的能量来发电具有许多优点：一是理论和实践都证明，核聚变比核裂变释放出的能量要大得多；二是资源

高中物理-核聚变、核裂变练习

高中物理-核聚变、核裂变练习 基础夯实 一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题) 1．(江苏徐州市高二下学期期末)一典型的铀核裂变方程是23592U＋X→14456Ba＋8936Kr＋310n，关于该反应，下列说法正确的是( C ) A．X是质子 B．该反应是核聚变反应 C．23592U的比结合能小于14456Ba的比结合能 D．释放出的中子对于链式反应的发生没有作用 解析：该反应是裂变反应，X是中子，释放的中子引起链式反应，故A、B、D错误；23592 U的比结合能小于14456Ba的比结合能，C正确。 2．2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是( B ) A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成 B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成 C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成 D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成 解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性电荷。因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由1－1H核和01e构成的。 3．2002年，美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是( B ) ①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反 ②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致 ③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致 ④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能

直流辉光放电中等离子体诊断实验指导手册(教师用)-东北大学

近代物理实验系列-等离子体诊断实验实验指导手册(教师用书) 东北大学 2017.6.30

等离子体是由中性粒子、电子、离子、光子等基本粒子组成的各向异性运动的物质形态，被称为除了固态、液态、气态外物质第四态，等离子体应用广泛，也是近代物理、材料研究的重要领域之一。因此，也是大学物理以及相近专业的近代物理实验课程的必修内容。改变插入到放电管的正柱区内的朗缪尔探针的电压（一般-100V 到+100V 变化），使之吸收等离子体内的离子和电子，并分析探针上的电流 I 和电压 V 的关系可以对等离子体进行诊断分析。本实验的实际操作有助于更加深刻的理解老师在课堂上讲授的相关理论。朗缪尔探针是研究等离子体特性的主要工具，要求学生通过本次实验了解朗缪尔探针的测量等离子体的基本原理；熟练测量朗缪尔探针的 I-V 特性曲线；能够通过 I-V 特性曲线计算分析出等离子体的有关参数。通过本实验应使学生充分理解如下内容： ①等离子体空间电位 ②等离子体悬浮电位 ③等离子体密度(电子密度=离子密度) ④电子温度 ⑤朗缪尔探针(单探针)进行等离子体诊断的理论

SSV-40 型气体放电与等离子体诊断仪 1 台(如图 1 所示);实验报告；实验指导手册；记录笔和记录纸；可拍照手机。 图 1 SSV-40 型气体放电与等离子体诊断仪

3.考察知识点 ⑴等离子体参数 等离子体空间电位：等离子体相对于地的电位(差)。 等离子体密度：等离子体由电子和正离子组成，宏观呈现电中性的物质状态，因此宏观的电子密度和离子密度相等也等于等离子体密度。电子温度：等离子体中大量电子做运动具有的动能的宏观表现即温度。 探针悬浮电位：朗缪尔探针悬浮在等离子体中(由于是悬浮状态探针电流为零）时探针相对于地的电位差 德拜长度：德拜长度描述等离子体最小尺度，只有大于德拜长度的尺度才可以认为是等离子体，小于德拜长度区域内存在的电子离子的局部不稳定运动或者说局部空间电荷不为 0，不能认为是等离子体。因此德拜长度是等离子体重要的指标，一般朗缪尔探针的针尖尺度应该小于德拜长度以致于接触式测量不至于对等离子体产生干扰。 图 2 SSV-40型放电与等离子体诊断仪放电与诊断电路简图

高中物理专题19核裂变和核聚变练习(含解析)

课时19 核裂变和核聚变 1．太阳放出的能量来自于（） A．重核裂变 B．天然衰变 C．轻核聚变 D．人工转变 【答案】C 【解析】太阳放出的能量来自于太阳内部剧烈的热核反应，即轻核聚变，故C正确，ABD错误。 故选：C 2．一颗恒星的寿命取决于它的（） A．温度 B．颜色 C．质量 D．体积 【答案】C 【解析】因为天体大，质量大，万有引力就大，在巨大的引力下原子核之间的距离就更近，更容易引起核聚变，所以越大的恒星他的内部核聚变就越激烈，释放的能量也越大，燃料聚变的速度就越快，恒星死亡的也就越快。故选C. 质量小的恒星其寿命几乎同宇宙一样长，达一百多亿年；质量大的恒星，其寿命却只有几百万到几千万年．一般来说，质量越大，寿命越短． 3．在下列叙述中，不正确的是（） A．光电效应现象说明光具有粒子性 B．重核裂变和轻核聚变都会产生质量亏损 C．根据玻尔理论，氢原子从高能态跃迁到低能态时，原子向外释放光子，原子电势能和核外电子的动能均匀减小 D．电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性 【答案】C 【解析】光电效应说明光具有粒子性，故A说法正确；重核裂变和轻核聚变都释放能量，都有质量亏损，故B说法正确；氢原子辐射出一个光子后，原子能量减小，轨道半径减小，根据，知核外电子的动能增大，原子能量等于动能和电势能之和，则电势能减小。故C说法错误；任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳，都有一种波与之对应这种波称为物质波，故电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，故D说法正确。 3．现行人教版高中物理教材中有很多经典的插图能够形象的表现出物理实验、物理现象及物理规律，下列

四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（） A．甲图中，卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大 C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由粒子组成 D．丁图中，链式反应属于轻核裂变 【答案】B 【解析】 A. 卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，A错误。 B.根据光电效应规律可知在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，B正确。 C.因为射线甲受洛仑兹力向左，所以甲带正电，是由粒子组成，C错误。 D.链式反应属于重核裂变，D错误。 4．铀原子核发生衰变时衰变方程为，其中、、X的质量分别为m1、m2、m3，光在真空中的传播速度为c，则（） A．X是质子 B．m1＝m2＋m3 C．衰变时释放的能量为（m2＋m3－m1）c2 D．若提高温度，的半衰期不变 【答案】D 【解析】 A项：根据电荷数守恒、质量数守恒知，X原子核中的电荷数为2，质量数为4，是氦核，故A错误； B项：依据质量亏损，则m1＞m2+m3，故B错误； C项：根据爱因斯坦质能方程得，释放的能量（ ） ，故C错误； D项：衰期的大小与温度无关，故D正确。 5．下列说法正确的是（） A．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等

谈谈核裂变能与核聚变能

谈谈核裂变能与核聚变能 胡经国 据最近报道，位于英国牛津郡卡勒姆的、联合欧洲环形核聚变试验装置的科学家们，首次成功地进行了受控核聚变反应试验，从而使他们在探索核聚变能的竞争中，超过了美国和日本而居于世界领先地位。这次实验是在一个环形受控核聚变反应堆里进行的，持续时间只有2分钟，温度达到了3亿摄氏度，比太阳内部温度还要高20倍。该环形装置重达3500吨，是目前世界上最大的受控核聚变实验装置。那末，什么叫做受控核聚变与核聚变能呢？它们对未来世界能源研究与开发利用有何重要意义呢？ 为了回答这些问题，需要从核能（原子能）谈起。大家知道，原子核是由质子和中子组成的。质子和中子统称为核子。核子结合成原子核时释放的能量，或者原子核分解为核子时吸收的能量，称为原子核结合能。原子核结合能与组成该原子核的核子数之比，称为原子核核子的平均结合能。这就是一般所说的核能（原子能）。质量数较小的轻核（如氘、氚）和质量数较大的重核（如铀），其核子平均结合能均较小；质量数中等的原子核，其核子平均结合能较大，而且质量数为50%～60%的原子核，其核子平均结合能最大。这一规律称为原子核核子平均结合能随原子核质量数而变化的规律。 核能存在于原子核内部，只有使它释放出来才能被人类所利用。怎样才能使核能释放出来呢？原子核核子平均结合能随原子核质量数而变化的规律，是核能能够被释放出来的理论依据。由于质量数中等的原子核核子平均结合能较大，因而无论是将重核分裂成质量数中等的原子核，还是将轻核聚合成质量数中等的原子核，都能够使核能释放出来。所以，核能释放有以下两种途径：重核的裂变和轻核的聚变 第一种途径是重核的裂变。将重核分裂成质量数中等的原子核，称为重核的裂变，又叫做核裂变。核裂变是1938年由德国科学家哈恩和斯特拉斯曼发现的。他们用中子轰击铀原子核，导致了铀原子核的裂变。可见，快速中子的轰击是实现核裂变的条件。在重核裂变时，放出新的中子，新中子又引起其它重核裂变。这种不断进行的核裂变反应，称为链式反应。重核材料（如含铀的同位素铀238和铀235的材料）能够产生核裂变链式反应的最小体积，称为重核材料的临界体积。重核材料的体积一旦超过其临界体积，核裂变链式反应就迅速进行，同时在极短的时间内释放出巨大的能量，引起猛烈的爆炸。重核在核裂变反应过程中释放出的巨大能量，称为核裂变能。例如，1克铀235完全裂变所释放的核裂变能，相当于2.4吨煤完全燃烧所释放的化学能。 第二种途径是轻核的聚变。将轻核聚合成质量数中等的原子核，称为轻核的聚变，又叫

等离子体物理

等离子体物理 等离子体物理等离子体物理是研究等离子体的形成及其各种性质和运动规律的学科。宇宙间的大部分物质处于等离子体状态。例如：太阳中心区的温度超过一千万度，太阳中的绝大部分物质处于等离子体状态。地球高空的电离层也处于等离子体状态。19世纪以来对于气体放电的研究、20世纪初以来对于高空电离层的研究，推动了等离子体的研究工作。从20世纪50年代起，为了利用轻核聚变反应解决能源问题，促使等离子体物理学研究蓬勃发展。 本书比较系统地介绍了等离子体物理的基本概念、基本原理和描述问题及处理问题的方法。书中着重突出物理概念和物理原理，也有必要的数学描述和推导。全书共7章，内容包括：聚变能利用和研究进展、等离子体基本性质及相关概念、单粒子轨道理论、磁流体力学、等离子体波、库仑碰撞与输运过程和动理学方程简介。这些内容都是从事核聚变和等离子体物理及相关学科研究人员所必需的，也是进一步学习核聚变与等离子体物理及相关学科专业课程的重要基础。为教学使用和学生学习方便，本书编有附录和习题，供查阅选用。 本书适合于核聚变、等离子体物理、空间物理以及基础和应用等离子体物理方向的高年级本科生、研究生和研究人员使用。 第1章聚变能利用和研究进展 本章先介绍聚变反应、聚变能利用原理、聚变能利用条件、

实现聚变能利用的途径、方法和当前研究的进展，为学习等离子体物理提供一个背景和讨论的平台。然后介绍等离子体的性质、特点和研究方法。 1.1 聚变反应和聚变能 1.聚变反应的发现 19世纪末，放射性发现之后，太阳能的来源很快地被揭开。英国化学家和物理学家阿斯顿(Aston)利用摄谱仪进行同位素研究，他在实验中发现，氦-4质量比组成氦的2个质子、2个中子的质量之和大约小1％(质量亏损)。这一质量亏损的结果为实现核聚变并释放能量提供了实验依据。同一时期，卢瑟福也提出，能量足够大的轻核碰撞后，可能发生聚变反应。 1929年英国的阿特金森（R.de Atkinson）和奥地利的胡特斯曼（F.G.Hout-ersman）证明氢原子聚变为氦的可能性，并认为太阳上进行的就是这种轻核聚变反应。 1932年美国化学家尤里（Urey）发现氢同位素氘（重氢，用D表示），为此，1934年他获得诺贝尔化学奖。

核裂变和核聚变的区别

两个较轻的原子（质量数大致小于16）聚合成一个较重的原子核，同时放出大量的能量，这种核反应叫聚变反应。它是获得原子能的重要途径之一。一升的海水约含有0.03克的氘，通过核聚变反应能产生相当于300升汽油燃烧所放出的能量。由于原子核间有很强的静电斥力，核聚变反应必须在几千万摄氏度至上亿摄氏度的高温下才能发生。太阳和一些恒星内部温度很高，原子核有足够在的动能克服核间静电斥力而发生聚变反应。太阳里发生的持续的核聚变反应，源源不断地给我们提供光和热。 一个重的原子核分裂成两个质量略为不同的较轻的原子核，同时放出大量能量，这种反应叫做裂变反应。裂变有自发裂变和受激裂变反应两种。自发裂变是原子核不稳性的一种表现形式，天然同位素自发裂变半衰期都很长，如铀-238约为1016年；一些原子核比铀原子核重的同位素（超铀核素）自发裂变半衰期相对较短，如锎-252只有85.5年。重原子核受到其他粒子（中子、带电粒子、光子）轰击时分裂成两个质量略为不同的较轻原子核，叫受激裂变。1947年，我国科学家钱三强、何泽慧首先观察到中子轰击铀裂变时，铀核也有分裂成三块或四块的情况。但这种现象是非常稀少的。三分裂和四分裂相对于二分裂之比分别为3：1000和3：10000。重核裂变时释放出大量的能量，是获得原子能重要途径之一。1公斤铀-235完全裂变释放出的能量相当于两万吨TNT炸药爆炸时释放的能量，也相当于2700吨标准煤完全燃烧释放出的能量。重核裂变反应释放的大量能量已在核电站中得到充分应用。 爱因斯坦１９０５年在提出相对论时指出，物质的质量和能量是同一事物的两种不同形式，质量可以消失，但同时会产生能量。１９３８年，德国科学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在居里夫人实验的基础上，发现了核裂变现象：当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子，分裂成两个较轻的原子核，在这个过程中质量发生亏损，因而放出很大的能量，并产生两个或三个新的中子，这就是核裂变反应。 １９４６年，在法国居里实验室工作的中国科学家钱三强、何泽慧夫妇发现了铀核的"三裂变"、"四裂变"现象，即铀原子核在中子的作用下，除了可以分裂为两个较轻的原子核外，还可以分裂为三个甚至四个更轻的原子核。只有铀－２２３、铀－２３５和钚－２３９这三种材料的原子核可以由"热中子"引起核裂变，因此它们被称为易裂材料。其中只有铀－２３５存在于界，铀－２３３、钚－２３９分别是由自然界中的钍－２３２、铀－２３８吸收中子后生成的。而在天然铀中，铀－２３５仅占０．７％，其余的９９．３％几乎都是铀－２３８。 链式裂变反应释放的核能叫做核裂变能。这种２０世纪出现的新能源，目前已占人类总能源消费量的６％。核能的和平利用，对于缓解能源短缺、减轻环境污染都具有重要意义。但是，核裂变产生的核废料、核电站能否安全运转，都引起人们的忧虑。如果利用轻原子核的聚变反应产生的核聚变能够得到工业应用，那么人类将从根本上解决能源需求的问题。核聚变能是两个轻原子核结合在一起时，由于发生质量亏损而放出的能量。核聚变的原料是海水中的氘（重氢）。早在１９３４年，物理学家卢瑟福、奥利芬特和哈尔特克已在静电加速器上用氘－氘反应制取了氚（超重氢），首次实现了聚变反应。海水里的氘只占０．０１５％，但由于地球上有大量海水，每升海水中所含的氘通过核聚变反应产生相当于３００升汽油燃烧所放出的能量，因此可以利用的核聚变材料是极为丰富的。据估计，海水中的氘通过核聚变释放的聚变能可供人类在高消费水平的基础上使用５０亿年。有关科学家们正在积极研究、一些国家政府也大力支持开发丰富而清洁的核聚变能。 美国广播公司１９９９年４月１２日播发的一篇题为《为聚变开拓未来》的消息说：使用美国最新建成的试验核反应堆的科学家们认为，他们为２１世纪开发一种安全而又取之不尽的能源--聚变能- -而进行的努力取得了进展。建在美国中部新泽西州郊区普林斯顿大学等离子体物理实验室的"国家球形核聚变实验装置（ＮＳＴＸ）" ，使支持提供聚变能研究经

等离子体物理课程教学大纲

等离子体物理课程教学大纲 课程基本信息（Course Information） 课程代码 （Course Code） PH339 *学时 （Credit Hours） 3 *学分 （Credits） 48 *课程名称 （Course Name） 等离子体物理 Plasma Physics 课程性质 (Course Type) 物理学专业、物理学专业（国际班）选修课 授课对象 （Audience） 物理学专业、物理学专业（国际班）大学三年级本科生 授课语言 (Language of Instruction) 英文 *开课院系 （School） 物理与天文学院 先修课程 （Prerequisite） Classical electrodynamics 授课教师 （Instructor） 课程网址 (Course Webpage) *课程简介（Description） The course is introductory‐level plasma physics where I teach students the fundamental concepts, theories and some potential applications for plasma physics. Fundamental theories include single‐particle approach as a first step which gives a reasonable background on different particle drift motions in various E‐ and B‐field configurations some are relevant to E‐B fields of magnetic‐confinement machines like EAST Tokamak in CHINA. The fluid‐theory of plasma physics is given and directly applied to various (tens) kinds of plasma waves (EM and ES) and their propagation characteristics in plasma. A modified approach of the fluid theory, called “MHD” is applied to get the electrical properties and the stability properties of the plasma in various confinement configurations, including the most famous 2D equilibrium configuration called “Grad‐Shafranov”. Finally I teach the basics of the microscopic theory of plasma physics which is the kinetic approach. Based on this theory I derive the exact dispersion relationship of plasma waves and the so called “Landau damping”. Throughout the course, we teach how the plasma physics is applied, for example to create a nuclear fusion reactor for future energy needs etc. 课程教学大纲（Course Syllabus）

裂变和聚变练习题40道

一、选择题 1、一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U+n→X+Sr+2n，则下列叙述正确的是（） A.X原子核中含有86个中子 B.X原子核中含有141个核子 C.因为裂变时释放能量，根据，所以裂变后的总质量数增加 D.因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 2、前段时间，伊朗及朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目，其焦点问题就是双方核电站采用轻水堆 还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时还要以生产出可供研制核武器的钚，这种可 由铀经过n次衰变而产生，则n为（） A.2 B.239 C.3 D.1 3、目前核电站用的核反应是（） A.裂变，核燃料是铀 B.聚变，核燃料是铀 C.裂变，核燃料是氘 D.聚变，核燃料是氘 4、重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是（） A.裂变过程和聚变过程都有质量增加 B.裂变过程和聚变过程都有质量亏损 C.裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损 D.裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加 5、浙江秦山核站第二期工程发电机已经并网发电，发电站的核能来源于的裂变，以下说法正 确的有（） A.原子核中有92个质子、143个中子 B.原子核中有143个质子、92个中子 C.是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后，半衰期将缩短 D.裂变成两个中等质量的原子核和，可称为的放射性同位素 6、现已建成的核电站主要利用的是（） A.放射性元素衰变释放的能量 B.人工放射性同位素衰变释放的能量 C.轻核聚变释放的能量 D.重核裂变释放的能量 7、下列四个方程中，表示重核裂变的是（） A. B. C. D. 8、原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由哪四部分组成（） A.原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统

等离子体物基础知识总结

等离子体基础知识总结 冷等离子体是等离子体一种近似模型。它假定等离子体的温度为零，用来讨论热效应可以忽略的物理过程。例如，等离子体中的波，当其相速度远大于平均热速度、同时回旋半径远小于垂直于外磁场方向的波长时，热效应不重要，便可用冷等离子体模型来讨论（这种波称为冷等离子体波）。在实际处理中，冷等离子体模型也可用于高温等离子体。 在等离子体中同时存在三种力：热压力、静电力和磁场力。它们对于等离子体粒子的扰动都起着弹性恢复力的作用。因此等离子体不像一般的弹性体，波动现象非常丰富，存在着声波（热压力驱动）、纵波（静电力驱动）、横波（电磁力驱动）以及它们的混杂波。 热压力的存在会产生类似中性气体中声波的“离子声波”，静电力的存在会产生静电波，电磁力的存在会产生电磁波。这些波又不是单独产生的，常常还同时产生形成混杂波。 等离子体中的波基本形式通常分为三类：静电波、电磁波和磁流体力学波。 群速度不能超过光速，因为群速度表示波所携带“信息”在空间的传播快慢。而相速度可以超过光速，相速度是常相位总移动速度，不携带任何信息。 波群在色散系统中传播是，组成该波群的不同频率的单色波具有不同的相速，在传播过程中各单色波之间的相位关系将发生变化，从而导致信号的失真，这就是色散。 “色散”两字的本省意思实际上指信号的失真（或称畸变），它是由于组成波群的各单色波因频率不同因而相速不同引起的，所以把这种相速随频率改变的现象也叫做色散。 如果两列波具有相同的速率（相速度），则最终形成的波的包络也具有和原来两列波相同的速率（群速）：无色散 如果两列波速率（相速度）略有不同，则最终形成的波的包络和原来两列波相同的速率（群速）不相同：存在色散 波的偏振即是波的极化，是指空间固定点的波矢量E 的端点在2π/w 时间内的轨迹，对于电磁波是指电磁波中的电场矢量的端点轨迹 如果等离子体中的电子与均匀的粒子本底有个位移，将会建立电场，它将把电子拉回到原来的位置。由于惯性，电子将冲过平衡位置，并以特征频率围绕它们的平衡轴振荡。这个特征频率被认为是等离子体频率(plasma frequency)。 非磁化等离子体中的静电波 假定：（1）不存在磁场；B=0；（2）不存在热运动（kT=0）；（3）离子以均匀分布固定在空间中；（4）等离子体的大小为无限大。（5）电子只在x 方向运动。因此，不存在涨落磁 场，这是一种静电振荡。 得到等离子体的振荡频率是 该频率称之为电子静电振荡或者朗缪尔振荡。这个频率取决于等离子体的密度，它是等离子体的基本参量之一。因为m 很小，等离子体频率通常是很高的。上式告诉我们，发生等离子体振荡时，必定有一个只取决于n 的频率。尤其，ω与k 无关，所以，群速度d ω/dk 为零。 2/1020???? ??=e pe m e n εω

等离子体物理

等离子体是一种区别于固态、液态、气态之外的第四种物质形态，是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99%。 物质当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子离开原子核，变成由带正电的原子核和带负电的电子组成的、一团均匀的等离子体。 等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态。等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。高温等离子体只有在温度足够高时发生的。恒星不断地发出这种等离子体，比如太阳中心区的温度超过一千万摄氏度，太阳中的绝大部分物质处于等离子体状态。 等离子体物理主要研究等离子体的形成及其各种性质和运动规律的学科。19世纪以来对于气体放电的研究、20世纪初以来对于高空电离层的研究，促使等离子体物理学研究蓬勃发展。特别是从20世纪50年代起为了利用轻核聚变反应解决能源问题，以探索、开发、解决人类无限而清洁的新能源。 研究高温等离子体性质，以及如何实现并维持上亿摄氏度高温等离子体的长时间连续运行，以获得可控的清洁、安全、用之不竭的聚变能，一劳永逸地解决人类社会发展的能源需求，对人类及地球长期可持续发展意义重大，不仅可以满足人类发展对未来能源的需求，大大降低人类对矿石能源的追逐引发战争的风险，也避免因过度开发导致的环境污染等难题，更好地保护地球。

自从上个世纪四五十年代原子弹、氢弹这些破坏性杀伤性武器问世，人们就希望将这些核能开发出来作为能源使用。基于核裂变反应的核电站已经为人类提供了大量能源，但是由于其存在安全隐患以及放射性核费料的处理等难题，其发展受到了很大限制。 虽然太阳、氢弹等都是基于核聚变反应释放大量光和热的，但是到目前为止人们还不能够有效实现核聚能的应用。太阳主要依靠重力来约束高温等离子体的聚变反应来产生光和热，并且不存在一个固体边界。而在地球上实现可控核聚变，必须解决高温等离子体约束及固体边界问题，以实现并维持上亿摄氏度高温等离子体的长时间连续运行，为人类提供丰富无限的清洁能源，以满足未来社会不断发展对能源的重大需求。 目前可控核聚变研究主要有两种途径，一种是惯性约束核聚变，另一种是磁约束核聚变。 惯性约束核聚变是利用强激光等驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料（氘、氚）形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。由于这种核聚变是依靠等离子体粒子自身的惯性约束作用而实现的，因而称为惯性约束聚变。 磁约束热核聚变就是用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出热量。磁约束热核聚变是实现长时间稳定输出聚变能的最有希望的途径，是等离