2020-09-29 12:32:17

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聚变反应: 除了重原子核铀235、钚239等的裂变能释放核能外,还有另一种核反应,即轻原子核(氘和氚)结合成较重的原子核(氦)时也能放出巨大能量,反应式为:H-2+H-3===He-4+n 或 D+T===He+n

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基本信息

  • 中文名

    聚变

  • 拼音

    jù biàn

  • 注音

    ㄐㄨˋ ㄅㄧㄢˋ

折叠 编辑本段 原理

核聚变的原理是:在标准的地面温度下,物质的原子核彼此靠近的程度只能达到原子的电子壳层所允许的程度。因此,原子相互作用中只是电子壳层相互影响。要使原子核之间发生聚变必须让它们之间的距离达到10^-15米,核力才能起作用,但由于原子核都带正电,它们之间存在着强大的库伦斥力,原子核之间距离大于10^-15米时库伦斥力大于核力;小于10^-15米时核力大于库伦斥力。普通手段无法达到这一苛刻要求。只有当参加聚变反应的原子核具有足够的动能时,才能克服库伦斥力而彼此靠近从而使核力大于库伦力,使核力产生作用。提高反应物质的温度,就可增大原子核动能。因此,聚变反应对温度极其敏感,在常温下其反应速度极小,只有在1400万到1亿摄氏度的绝对温度条件下,反应速度才能达到足以实现自持聚变反应。所以这种将物质加热至特高温所发生的聚变反应又叫作热核反应,由此做成的聚变武器也叫热核武器。要得到如此高温高压,只能由裂变反应提供。氢弹能爆炸就是由原子弹爆炸的高温引起的,热核反应一旦发生就不再需要外界给它能力,靠自身的反应热就足以将反应持续下去。科学家也已研究出了其他一些方法,比如:用多束激光照在同一个点上,就可以产生出超高温等等。利用聚变反应的另一大问题就是,没有可以用来盛放聚变反应的物质,地球上的物质都会在高温下熔化,科学家设想可能可以用磁场来束缚热核反应。由于聚变反应的辐射污染,比裂变要小得多,而且聚变反应的原料储量十分巨大,就在海洋中,所以科学家还在不断探索当中。

折叠 编辑本段 反应材料

热核材料:核聚变反应一般只能在轻元素的原子核之间发生,如氢的同位素氘和氚

氢弹氢弹

  氢弹

,它们原子核间的静电斥力最小,在相对较低的温度(近千万摄氏度)即可激发明显的聚变反应生成氦,而且反应释放出的能量大,一千克聚变反应装药放出的能量约为核裂变的七倍。但在热核武器中不是使用在常温下呈气态的氘和氚。氘采用常温下是固态化合物的氘化锂,而氚则由核武器进行聚变反应过程中由中子轰击锂的同位素而产生。1942年,美国科学家在研制原子弹过程中,推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃氢核引起聚变,并以此制造威力比原子弹更大的超级弹。1952年1月,美国进行了世界上首次代号“迈克”的氢弹原理试验,爆炸威力超过1000万吨当量,但该装置以液态氘作热核材料连同贮存容器和冷却系统重约65吨,不能作为武器使用,直到固态氘化锂作为热核装料的试验成功,氢弹的实际应用才成为可能。中国于1966年12月28日成功进行了氢弹原理试验,1967年6月17日,由飞机空投的300万吨级氢弹试验圆满成功。

折叠 编辑本段 氘氚聚变

在氢的同位素中,氘和氚之间的聚变最容易,所以人们将氘和氚称为聚变核燃料。氘和氘之间的聚变就困难些,氕和氕之间的聚变就更困难了。因此人们在考虑聚变时,先考虑氘、氚之间的聚变,后考虑氘、氘之间的聚变。由于氚的半衰期只有12.26年,所以在地球诞生之初的氚早已衰变的无影无踪,自然界中的氚,是宇宙射线的产物,只有几千克。所以聚变用的氚要人工制造,制造比较困难,一般不考虑氚、氚聚变。

折叠 编辑本段 多样性

其实不一定只有像氘、氚这种轻核才能发生聚变反应,排在铁之前的元素也能反应释放出巨大的能量,但反应所要求的条件更加苛刻,例如氦核聚变就需要一亿度以上的温度及比氢核聚变更大的压力。这类重核聚变通常发生在大恒星的中后期,如恒星晚期演变成红巨星的同时,内核也会进一步压缩,提供了更加高的温度和压力,以供重核聚变。但当去到铁核时,情况有所不同,铁核或以后的元素聚变需要吸收能量,这种聚变如果发生在恒星的内部,则会导致恒星内部的压力不平衡(核聚变释放的能量向外辐射时给恒星外层物质提供辐射压力,用以抵抗重力,从而停止恒星的收缩),恒星因此会坍塌甚至解体。至于铁以后的元素的合成,则是通过新星或者超新星爆炸的方式合成,并不是由稳定的恒星合成的。

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