Question

（2011?宜昌模拟）利用铀的可控链式反应建造核反应堆发电，存在潜在的泄漏风险，迫使人类寻找更安全可靠的能源．国际热核聚变实验反应堆（简称ITER）项目，这是人类开发新能源的一个重大尝试，也是中国以完全平等地位参加的最大的国际科技合作项目．相关资料如下：
1、人工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、氚的核聚变．反应后的生成物是无放射性污染的氦．由于反应堆温度高，释放出来的核能多，俗称“人造太阳”．实验反应堆预期于2018年建成，目标是在500s内产生2.5×10¹²J的热量．
2、1L海水提取的氘0.03g，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．消耗同等质量的核物质时，它产生的能量是核裂变的7倍．（汽油的密度为0.71×10³kg/m³，汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）
3、地球上氘和氢原子数量储量比为1：15000，地球上仅海水中就有4.5×10¹³吨氘，且提炼氘比提炼铀容易得多．如果把自然界中的氘用于聚变反应，释放的能量足够人类使用100亿年．
请根据以上资料回答：
（1）用可控核聚变发电跟裂变相比有哪些突出优点？（写出两点）
（2）要产生2.5×10¹²J的热量，需要从多少升海水中提取氘进行聚变？
（3）若这些热量转化成的电能可供一台功率为100kW的大型机床工作4000h，求能量转化的效率是多少？

Answer 1

分析：（1）可控核聚变发电的优点：原子核裂变产生放射性污染，相对于原子核聚变释放的能量少．
（2）求需要从多少升海水中提取氘进行聚变时，先计算产生2.5×10¹²J的热量需要多少汽油，再计算需要从多少海水中提炼氘．
（3）先计算能获得多少电能，再求效率η=

w

Q

×100%．

解答：解：（1）可控核聚变发电跟裂变相比些突出的优点有：1、可控核聚变反应的生成物，无放射性污染；2、反应物质的总量巨大，足够人类使用很长时间．
（2）300L汽油的质量m=ρv=0.71×10³kg/m³×300L=0.71×10³kg/m³×0.3m³=213kg；
300L汽油完全燃烧所放出的热量：Q=mq=213kg×4.6×10⁷J/kg=9.8×10⁹J．
需要海水体积V=

2.5×1012J

9.8× 109J/L

L=255 L．
（3）获得的电能：W=Pt=100KW×4000h=4×10⁵KWh=1.44×10¹²J；
能量转化效率：η=

W

Q

×100%=

1.44×1012J

2.5×1012J

×100%=57.6%．
答：（1）突出的优点有：1、可控核聚变反应的生成物，无放射性污染；2、反应物质的总量巨大，足够人类使用很长时间．
（2）需要海水体积为255 L．
（3）能量转化效率为57.6%．

点评：本题考查了新能源问题，求需多少海水提炼氘时，应先算出产生2.5×10¹²J的能量需燃烧多少汽油，在计算需多少海水．计算时应细心认真，注意单位换算．