科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
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(17分)2007年3月1日,國家重大科學工程項目“EAST超導托卡馬克核聚變實驗裝置”在合肥順利通過了國家發改委組織的國家竣工驗收。作為核聚變研究的實驗設備,EAST可為未來的聚變反應堆進行較深入的工程和物理方面的探索,其目的是建成一個核聚變反應堆,屆時從1升海水中提取氫的同位素氘,在這里和氚發生完全的核聚變反應,釋放可利用能量相當于燃燒300公升汽油所獲得的能量,這就相當于人類為自己制造了一個小太陽,可以得到無窮盡的清潔能源。作為核聚變研究的實驗設備,要持續發生熱核反應,必須把溫度高達幾百萬攝氏度以上的核材料約束在一定的空間內,約束的辦法有多種,其中技術上相對較成熟的是用磁場約束核材料。如圖所示為EAST部分裝置的簡化模型:垂直紙面的有環形邊界的勻強磁場b區域,圍著磁感應強度為零的圓形a區域,a區域內的離子向各個方向運動,離子的速度只要不超過某值,就不能穿過環形磁場的外邊界而逃逸,從而被約束。設離子質量為m,電荷量為q,環形磁場的內半徑為R1, 外半徑R2 =(1+)R1。
(1)將下列核反應方程補充完整,指出哪個屬于核聚變方程。并求出聚變過程中釋放的核能E0。已知H的質量為m2,
H的質量為m3,α粒子的質量為mα,
的質量為mn,質子質量為mP,電子質量為me,光速為c。
A.( ) B.
( )
C.( ) D.
( )
(2)若要使從a區域沿任何方向,速率為v的離子射入磁場時都不能越出磁場的外邊界,則b區域磁場的磁感應強度B至少為多大?
(3)若b區域內磁場的磁感應強度為B,離子從a區域中心O點沿半徑OM方向以某一速度射入b區,恰好不越出磁場的外邊界。請畫出在該情況下離子在a、b區域內運動一個周期的軌跡,并求出周期T。
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據悉,中國第三代核電自主化依托項目——山東海陽核電站兩臺機組,已于2008年春季正式開工,在全世界引起了轟動。核能與在其他能源相比具有能量大、地區適應性強的優勢。在核電站中,核反應堆釋放的核能轉化為電能。核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發生裂變反應,釋放出大量核能。
(1)核反應方程式U+
n→
Ba+
Kr+aX是反應堆中發生的許多核反應中的一種,n為中子,X為待求粒子,a為X的個數,則X為________,a=________。以mu、mBa、mKr分別表示
U、
Ba、
Kr核的質量,mn 、mp分別表示中子、質子的質量,c為真空中的光速,則在上述核反應過程中放出的核能ΔE=__________________。
(2)已知U有一種同位素,比
U核多3個中子。某時刻,有一個這樣的同位素核由靜止狀態發生
衰變時放出的
粒子的速度大小為v0,試求衰變后的殘核初速度多大?
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