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核聚变|核聚变和核裂变

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什么是核聚变?

核聚变又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。

核聚变的核一般是指由质量小的原子,主要是指氘,在一定条件下(如超高温和高压),只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚,让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核(如氦)。中子虽然质量比较大,但是由于中子不带电,因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来,大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。

核聚变示意图

核聚变是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化(从一种原子核变化为另外一种原子核)往往伴随着能量的释放。核聚变是核裂变相反的核反应形式。核聚变燃料可来源于海水和一些轻核,所以核聚变燃料是无穷无尽的。 人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。

科学家正在努力研究可控核聚变,以期望利用核聚变来发电,核聚变可能成为未来的能量来源。太阳辐射就是典型的核聚变。

核聚变方程

核聚变方程有很多,典型的方程如下图所示:

核聚变方程

核子氘与核子氚碰撞后合成氦,并产生一个中子,并释放能量。

为何核聚变释放能量

根据爱因斯坦质能方程,△E=△mc2可知:

能量的亏损,会引起巨大的能量,且比例系数为光速的平方。

小核的核聚变过程中,存在着质量亏损。如上述核聚变方程式所示,因此释放能量。

核聚变发电

核聚变发电是一种利用原子核聚变反应产生热能,然后利用热能发电的技术。它是21世纪正在研究中的重要技术,主要是把聚变燃料加热到1亿度以上高温,让它产生核聚变,然后利用热能发电。与核裂变相比,热核聚变不但资源无限易于获得,其安全性也是核裂变反应堆无法与之相比的。热核反应堆如果在事故状态释能增加时,等离子体与放电室壁的相互作用强度则增大,由此进人等离子体的杂质随之增加。从现有科学技术来看,核聚变发电的最终实现还需很长的时间。

对比核裂变,核聚变发电的优势:氘是从海水里萃取出来的,氚来自金属锂,这是土壤里的一种常见元素。一加仑海水可提供相当于300加仑汽油产生的能量,50杯海水产生的燃料所含的能量,相当于2吨煤。核聚变电站将不会产生碳,而且生成的放射性副产品也比当前的核电站更少,储存方法也更简单。核聚变电站的核反应堆失控或‘坍塌’,也不会造成危险。因此,核聚变能将对环境和经济都有利。国家点火装置只是第一步,要达到这个目标,科研人员还要进行更多研究和技术开发工作。

核聚变

核聚变与核裂变

从高中物理学习的角度来分析,最简单的判别:

核聚变是小核变大核,而核裂变是大核变小核。

无论是小核变大核的核聚变,还是大核变小核核裂变,都是能量释放的过程。

核聚变与氢弹

氢弹是核武器的一种,是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘(D)、氚(T)等质量较轻的原子的原子核发生核聚变反应(热核反应)瞬时释放出巨大能量的核武器,又称聚变弹 、热核弹、热核武器。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同,但威力比原子弹大得多。氢弹的运载工具一般是导弹或飞机。为使武器系统具有良好的作战性能,要求氢弹自身的体积小、重量轻、威力大。因此,比威力的大小是氢弹技术水平高低的重要标志。

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