Question

（2011?宜昌模擬）利用鈾的可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)建造核反應(yīng)堆發(fā)電，存在潛在的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，迫使人類尋找更安全可靠的能源．國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（簡(jiǎn)稱ITER）項(xiàng)目，這是人類開發(fā)新能源的一個(gè)重大嘗試，也是中國(guó)以完全平等地位參加的最大的國(guó)際科技合作項(xiàng)目．相關(guān)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(yīng)后的生成物是無放射性污染的氦．由于反應(yīng)堆溫度高，釋放出來的核能多，俗稱“人造太陽(yáng)”．實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆預(yù)期于2018年建成，目標(biāo)是在500s內(nèi)產(chǎn)生2.5×10¹²J的熱量．
2、1L海水提取的氘0.03g，在完全聚變反應(yīng)中釋放的能量，相當(dāng)于300L汽油完全燃燒所釋放的熱量．消耗同等質(zhì)量的核物質(zhì)時(shí)，它產(chǎn)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(shù)量?jī)?chǔ)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(yīng)，釋放的能量足夠人類使用100億年．
請(qǐng)根據(jù)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(diǎn)？（寫出兩點(diǎn)）
（2）要產(chǎn)生2.5×10¹²J的熱量，需要從多少升海水中提取氘進(jìn)行聚變？
（3）若這些熱量轉(zhuǎn)化成的電能可供一臺(tái)功率為100kW的大型機(jī)床工作4000h，求能量轉(zhuǎn)化的效率是多少？

Answer 1

分析：（1）可控核聚變發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)：原子核裂變產(chǎn)生放射性污染，相對(duì)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(jìn)行聚變時(shí)，先計(jì)算產(chǎn)生2.5×10¹²J的熱量需要多少汽油，再計(jì)算需要從多少海水中提煉氘．
（3）先計(jì)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(diǎn)有：1、可控核聚變反應(yīng)的生成物，無放射性污染；2、反應(yīng)物質(zhì)的總量巨大，足夠人類使用很長(zhǎng)時(shí)間．
（2）300L汽油的質(zhì)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(zhuǎn)化效率：η=

W

Q

×100%=

1.44×1012J

2.5×1012J

×100%=57.6%．
答：（1）突出的優(yōu)點(diǎn)有：1、可控核聚變反應(yīng)的生成物，無放射性污染；2、反應(yīng)物質(zhì)的總量巨大，足夠人類使用很長(zhǎng)時(shí)間．
（2）需要海水體積為255 L．
（3）能量轉(zhuǎn)化效率為57.6%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了新能源問題，求需多少海水提煉氘時(shí)，應(yīng)先算出產(chǎn)生2.5×10¹²J的能量需燃燒多少汽油，在計(jì)算需多少海水．計(jì)算時(shí)應(yīng)細(xì)心認(rèn)真，注意單位換算．