摘要：对人民教育出版社2007年4月出版的普通高中课程标准实验教科书《物理》选修1-2第二版教材中聚变和受控热核反应内容进行了认真的探讨。发现有个别值得商榷之处，提出一些改进的建议。

　　关键词：教材；高中物理；核反应

　　中图分类号：O531，G634 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）06-0013-02

　　一、引言

　　人民教育出版社2007年4月出版的普通高中课程标准实验教科书《物理》选修1-2第二版教材很有特色，纵观全书可以看出编辑这本书的有关工作人员付出的艰辛劳动和辛勤汗水。整本书材料翔实、概念清楚、物理图像清晰、文字流畅易懂。注重了对学生创新性思维的引导和培养，有利于学生在学习的过程中对物理产生更为浓烈的兴趣，是本很适合高中生学习的教科书。

　　在本书中仅有个别值得商榷之处。在细读了本书第三章第四节裂变与聚变中有关“核聚变和受控热核反应”之后，为了达到抛砖引玉的目的，现简单阐述一下对本节的看法和观点，以求和广大读者交流沟通，不足之处希望大家批评指正。

　　二、分析计算

　　本书55页第二自然段第四行指明“当物质的温度达到几百万摄氏度时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生聚变。因此，聚变又叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。”

　　首先文中所指的“几百万”的反应发生温度有待调查，在核聚变反应中包括受控核聚变反应，在受控核聚变反应中获取能量的反应主要有如下几种[1]。

　　2D+3T→4He+n

　　2D+2D→3T+p

　　2D+3D→3He+n

　　2D+3He→4He+p

　　其中以D-D反应为例：两粒氘核都带正电，要发生聚变，它们必须克服库仑斥力，彼此接近到原子核内核子与核子之间的距离（即10-15m）。此时库仑势能大约E≈10-13焦耳。把此值作为热运动[2]的平均能量■KT（k为玻尔兹曼常数[3]），便可算出T=1010K。但热运动中能量是按照统计分布的，考虑到隧道效应，可算出当反应温度达到108~109K时就可以发生聚变反应。但这依然是相当高的温度，由此可见，受控聚变反应对温度的要求是十分苛刻的。目前在中科院的有关核聚变的最先进的实验装置EAST（先进实验超导托卡马克）在高功率加热下温度将超过一亿度[4]，并非能在“几百万”的温度下就能够使核聚变顺利的进行下去。即使对恒星中的不受人为控制的核聚变反应而言，也不是在几百万度就能发生的。

　　其次，本节中说到“热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。”这一句话可以完善。

　　在受控核聚变反应中，若想使反应持续进行下去，至少需满足以下条件：聚变反应释放的能量与产生并维持高温等离子体所需的能量相等，即满足“劳逊条件”[5]。EAST装置在运行时需由外界提供巨大的能量，以支持核聚变反应的持续进行，并且EAST的最长持续运行时间为1000秒。同时书中所述的反应条件也不够具体，在受控核聚变反应中需要做到不断清除反应生成的无用的产物■■He和■■n，以使反应顺利正常的进行下去。在恒星中不受控的核聚变反应也并非一直能持续下去。

　　本书此部分55页右下角小字部分指出“几十亿年来，太阳每秒辐射出的能量约为3.8×1026J，相当于一千亿亿吨煤燃烧所放出的能量，其中20亿分之一左右的能量被地球吸收。”但是本书的56页最上方的“各种能源的产能值”这一表格中给出的煤（燃烧）的产能值为3.3×107J/Kg。而标准煤的发热量为7000大卡/千克，相当于2.9727×107J/Kg，多数煤达不到标准煤的发热量[6]。由此可以看出书中所给的数据有一些不妥。可以得出太阳每秒辐射的能量相当于一亿亿吨标准煤燃烧所放出的能量。由此可见书中所给的“一千亿亿吨”这一数据值得商榷，建议改为“一千亿亿公斤”。

　　本书56页最后一段“总的来说，实现受控核聚变还有一段很长的路要走。一旦能够稳定地输出聚变能，世界上将不再有‘能源危机’。”这一段文字需要仔细斟酌。

　　也许暂时能够说如果掌握了受控核聚变的技术，将减轻日益增长的“能源危机”带来的压力。但是，到目前为止人类还不知道核聚变元素的含量的减少会对地球带来怎样的影响，因此还不能太过于乐观。例如使用化石能源，人类向地球排放了大量的二氧化碳，多年前人们并未察觉到这一举措给地球带来的负面影响，直到现今才日益重视“温室效应”。因此，仍需以全面的、辩证的眼光去看待对于核能的利用这一问题。鉴于核聚变反应中消耗掉的元素的难以再生这一事实，所以还需要进一步研究这些元素含量的减少对地球环境的影响。

　　三、总结

　　虽然此章节的内容属于选修内容，其主要目的是为了拓宽学生的视野，激发学生学习物理的兴趣，但如果本章节内容更为准确一些可能更适合学生的阅读。

　　参考文献：

　　[1]朱士尧。核聚变原理[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1992：5.

　　[2]覃育英。气体分子热运动的能量[J].贵州教育学院学报，1987，（3）：91-93.

　　[3]董海宽。波尔兹曼常数实验数据处理方法[J].渤海大学学报，2008，29（4）：373-376.

　　[4]中国科学院等离子体物理研究所中国科学院基础科学局。全超导托卡马克核聚变实验装置[J].大科学装置，2008，23（5）：474-477.

　　[5]王宏章。产生零功率的热核聚变堆第二判据[J].核聚变与等离子体物理，1983，3（2）：91-97.

　　[6]贾共鹏。能源折射标准系数的合理选择[J].冶金能源，2011，（1）：3-4，11.