Question

（2011?宜昌模擬）利用鈾的可控鏈式反應建造核反應堆發(fā)電，存在潛在的泄漏風險，迫使人類尋找更安全可靠的能源．國際熱核聚變實驗反應堆（簡稱ITER）項目，這是人類開發(fā)新能源的一個重大嘗試，也是中國以完全平等地位參加的最大的國際科技合作項目．相關資料如下：
1、人工熱核聚變是在上億攝氏度的高溫條件下，利用氫的同位素氘、氚的核聚變．反應后的生成物是無放射性污染的氦．由于反應堆溫度高，釋放出來的核能多，俗稱“人造太陽”．實驗反應堆預期于2018年建成，目標是在500s內產生2.5×10¹²J的熱量．
2、1L海水提取的氘0.03g，在完全聚變反應中釋放的能量，相當于300L汽油完全燃燒所釋放的熱量．消耗同等質量的核物質時，它產生的能量是核裂變的7倍．（汽油的密度為0.71×10³kg/m³，汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）
3、地球上氘和氫原子數量儲量比為1：15000，地球上僅海水中就有4.5×10¹³噸氘，且提煉氘比提煉鈾容易得多．如果把自然界中的氘用于聚變反應，釋放的能量足夠人類使用100億年．
請根據以上資料回答：
（1）用可控核聚變發(fā)電跟裂變相比有哪些突出優(yōu)點？（寫出兩點）
（2）要產生2.5×10¹²J的熱量，需要從多少升海水中提取氘進行聚變？
（3）若這些熱量轉化成的電能可供一臺功率為100kW的大型機床工作4000h，求能量轉化的效率是多少？

Answer 1

分析：（1）可控核聚變發(fā)電的優(yōu)點：原子核裂變產生放射性污染，相對于原子核聚變釋放的能量少．
（2）求需要從多少升海水中提取氘進行聚變時，先計算產生2.5×10¹²J的熱量需要多少汽油，再計算需要從多少海水中提煉氘．
（3）先計算能獲得多少電能，再求效率η=

w

Q

×100%．

解答：解：（1）可控核聚變發(fā)電跟裂變相比些突出的優(yōu)點有：1、可控核聚變反應的生成物，無放射性污染；2、反應物質的總量巨大，足夠人類使用很長時間．
（2）300L汽油的質量m=ρv=0.71×10³kg/m³×300L=0.71×10³kg/m³×0.3m³=213kg；
300L汽油完全燃燒所放出的熱量：Q=mq=213kg×4.6×10⁷J/kg=9.8×10⁹J．
需要海水體積V=

2.5×1012J

9.8× 109J/L

L=255 L．
（3）獲得的電能：W=Pt=100KW×4000h=4×10⁵KWh=1.44×10¹²J；
能量轉化效率：η=

W

Q

×100%=

1.44×1012J

2.5×1012J

×100%=57.6%．
答：（1）突出的優(yōu)點有：1、可控核聚變反應的生成物，無放射性污染；2、反應物質的總量巨大，足夠人類使用很長時間．
（2）需要海水體積為255 L．
（3）能量轉化效率為57.6%．

點評：本題考查了新能源問題，求需多少海水提煉氘時，應先算出產生2.5×10¹²J的能量需燃燒多少汽油，在計算需多少海水．計算時應細心認真，注意單位換算．