题目

我国建造世界上第一个全超导大型非园托卡马克HT﹣7U，成为国际最先进的磁约束聚变装置．托卡马克装置的主体包括两大部分，就是磁场系统和真空系统．磁场系统包括纵场线圈和加热场的变压器．纵场线圈用来产生强大的纵向磁场，变压器用来感应产生等离子体电流．真空室一般由薄壁不锈钢制成，既要考虑到足够的机械强度，又要有足够的电阻值，还必须留有绝缘缝隙，保证磁场的渗透．抽气系统一般采用大抽速的涡轮分子泵，将真空室抽成10﹣6Pa以上的超高真空，满足等离子体对纯净环境的要求．聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态，也即进入物质第四态．等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体．在等离子体中，由于高温，电子已获得足够的能量摆脱原子核的束缚，原子核完全裸露，为核子的碰撞准备了条件．当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续进行．等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”，当它达到1022时，聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率，必须超过这一基本值，聚变反应才能自持进行． 问题1：什么是轻核聚变反应？需要什么条件？为什么要在如此苛刻的条件下进行？ 问题2：用普通容器能否承装反应原料？用什么技术性措施能解决该问题？ 问题3：如何产生如此强大的磁场？什么叫低温超导现象？该现象是否遵循欧姆定律？超导现象在什么条件下才能实现？ 问题4：为什么在托卡马克中设置真空室？核聚变过程中能量是如何转化的？ 问题5：核聚变反应需要什么条件才能自持进行？如果等离子体密度大约为1.0×10﹣6kg/m3，温度为1.16×108℃热能约束时间需达到多少时核聚变才能自持进行？

题型：问答题难度：中档来源：专项题

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答案

（1）轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，又称为热核反应．它需要极大的压强和极高的温度．原因是自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行． （2）不能．因为无法承受极高的压强而导致破裂．可以利用磁场来进行控制． （3）通过电磁铁来实现．当温度足够低时，某些金属的电阻突然降为0，这种现象叫做低温超导．它不遵循欧姆定律．条件是温度足够低． （4）目的是满足等离子体对纯净环境的要求．将核能转化为内能． （5）当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续进行．时间=≈8.64s．

考点梳理

初中三年级物理试题“我国建造世界上第一个全超导大型非园托卡马克HT﹣7U，成为国际最先”旨在考查同学们对 新材料及其应用（半导体、超导体、纳米材料、绿色能源、记忆合金等）、 能量转移和能量转化、 物理常识、 ……等知识点的掌握情况，关于物理的核心考点解析如下：

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• 新材料及其应用（半导体、超导体、纳米材料、绿色能源、记忆合金等）
• 能量转移和能量转化
• 物理常识

考点名称：新材料及其应用（半导体、超导体、纳米材料、绿色能源、记忆合金等）

半导体技术定义：
半导体技术是指半导体加工的各种技术，包括晶圆的生长技术、薄膜沉积、光刻、蚀刻、掺杂技术和工艺整合等技术。
半导体技术就是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术。在周期表里的元素，依照导电性大致可以分成导体、半导体与绝缘体三大类。最常见的半导体是硅（Si），当然半导体也可以是两种元素形成的化合物，例如砷化镓（GaAs），但化合物半导体大多应用在光电方面。
绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的，因此电子产业又称为半导体产业。半导体技术最大的应用是集成电路（IC），举凡计算机、手机、各种电器与信息产品中，一定有 IC 存在，它们被用来发挥各式各样的控制功能，有如人体中的大脑与神经。
半导体技术的演进，除了改善性能如速度、能量的消耗与可靠性外，另一重点就是降低制作成本。降低成本的方式，除了改良制作方法，包括制作流程与采用的设备外，如果能在硅芯片的单位面积内产出更多的 IC，成本也会下降。所以半导体技术的一个非常重要的发展趋势，就是把晶体管微小化。当然组件的微小化会伴随着性能的改变，但很幸运的，这种演进会使 IC 大部分的特性变好，只有少数变差，而这些就需要利用其它技术来弥补了。
半导体技术的应用及发展：
1960年真空三极管的发明，为上世纪上半叶无线电和电话的发展奠定了基础。1947年，美国贝尔研究所的巴丁、肖克莱、不拉坦研制出第一个晶体三极管。它的出现成为上世纪下半叶世界科技发展的基础。其功耗极低，而且可靠性高，转换速度快，功能多样尺寸又小。因而成为当时出现的数字计算机的理想器件，并很快在无线电技术和军事上或得广泛的应用，由于研制晶体管，他们三人获得1956年诺贝尔物理学奖。
半导体材料在目前的电子工业和微电子工业中主要用来制作晶体管、集成电路、固态激光器等器件。我们现在常见的晶体管有两种，即双极型晶体管和场效应晶体管，它们都是电子计算机的关键器件，前者是计算机中央处理装置（即对数据进行操作部分）的基本单元，后者是计算机存储的基本单元。两种晶体管的性能在很大程度上均依赖于原始硅晶体的质量。
砷化镓单晶体材料是继锗、硅之后发展起来的新一代半导体材料。它具有迁移率高、禁带宽度大的优势。它是目前最重要、最成熟的化合物半导体材料，主要用于光电子和微电技术领域。
电子技术最初的应用领域主要是无线电通讯、广播、电视的发射和接收。雷达作为一种探测敌方飞行器的装置在第二次世界大战中大显身手，成为现代电子技术的一个重要领域。电子显微镜、各种波谱和表面能仪以及加速器、遥测、遥控和遥感、医学也是电子技术的一个重要领域。微电子技术和量子电子学是现代电子技术中最活跃的前沿领域之一。

超导体的定义：
超导材料，又称为超导体（superconductor）。当某导体在一温度下，可使电阻为零而称之。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。
超导体的应用：
1、比尔·李
1911年，荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到４.２K时发现水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。