03.04 怎樣達到核聚變?達到核聚變的條件是什麼?

聶榮勝


1.核聚變。經研究表明,有些輕核結合成中等 質量的核時,會發生比裂變更大的質量虧損,從而釋放出更為巨大的核能。輕核結合成質量 原子核 較大的核,釋放出核能的核反應稱為核聚變 。由於核聚變是在高溫高壓下產生的,所以核聚變又叫熱核反應。



2. 核聚變基本原理。兩個氘核結合為一個氮核就是聚變通常,聚變反應不只合成一個核,它還會生 成其他粒子,例如,一個氘核和一氚核聚合成一個氦核,並放出一箇中子,這個 聚變核反應方程為 H+H→He+n ,這個聚變反應釋教176McV的能量,平均每個核子釋放的能量在3MeV以上,比裂變反 應中每個枝子放出的能量大3-4倍。因此,在消耗相同質量的核燃料時,聚變比裂變釋放更多的核能。


3.要使輕核發生聚變,必須使它們達到10^-15的近距離。由於原子核都帶正電,要使它們接近到這種程度,必須克服它們之間巨大的靜電斥力,為此,輕核必須獲得足夠的動能並處於很高密度下才能引起聚變。

4.怎樣使輕核獲得足夠的動能呢?當物質達到幾百萬攝氏度以上的超高溫時,聚變物質完全電離成等離子體。在高溫,高密度等離子體中,劇烈的熱運動使一部分輕核獲得足夠的動能而在碰撞中達到十分接近的距離,從而發生聚變,所以,聚變反應又稱為熱核反應。




5.氫彈的原理。在地球上,儘管核聚變的原料氫比核裂變的原料鈾要豐富得多,但通常難以獲得引發核聚變的超高溫和超高壓,唯一已實現並能釋放大量核能的人為核聚變是氫彈爆炸。氫彈是通過原子彈爆炸所產生的高溫、高壓來引發氫核聚變的。科學技術上尚未解決的一個重大問題,原因是要實現輕核聚變反應的條件比實現重核裂變的條件要困難得多。輕核聚變反應發生反應只能在極高的溫度(>4000 0000℃)和足夠大的碰撞幾率條件下,才能大量發生。引爆氫彈極為困難,所以引爆需要在氫彈內部安放小型核彈,瞬間達到反應條件溫度。


6.太陽上的核反應是受自身引力(壓力)約束的自可控核聚變。太陽是產生穩定熱核聚變的“天然聚變反應堆”,它能持續地“光芒四射”,例如太陽中的熱核反應使它每秒鐘輻射約3.8×10^26J的能量,地球只接受了其中二十億分之左右,而這正是地球最基本的能量來源。

7.人工可控核聚變。可控核聚變俗稱人造太陽,因為太陽的原理就是核聚變反應。(核聚變反應主要藉助氫同位素。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射,不產生核廢料,當然也不產生溫室氣體,基本不汙染環境)人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。科學家們希望發明一種裝置,可以有效控制“氫彈爆炸”的過程,讓能量持續穩定的輸出。



8.人工可控核裂變的困難。早在1933年,核聚變的原理就被提出,但一直未實現。第一是作為反應體的混合氣必須被加熱到等離子態——也就是溫度足夠高到使得電子能脫離原子核的束縛,原子核能自由運動,這時才可能使得原子核發生直接接觸,這個時候,需要大約10萬攝氏度的溫度。第二是為了克服庫侖力,也就是同樣帶正電荷的原子核之間的斥力,原子核需要以極快的速度運行,得到這個速度,最簡單的方法就是——繼續加溫,使得布朗運動達到一個瘋狂的水平,要使原子核達到這種運行狀態,需要上億攝氏度的溫度。然後就簡單了,氚的原子核和氘的原子核以極大的速度,赤裸裸地發生碰撞,產生了新的氦核和新的中子,釋放出巨大的能量。經過一段時間,反應體已經不需要外來能源的加熱,核聚變的溫度足夠使得原子核繼續發生聚變。這個過程只要氦原子核和中子被及時排除,新的氚和氘的混合氣被輸入到反應體,核聚變就能持續下去,產生的能量一小部分留在反應體內,維持鏈式反應,大部分可以輸出,作為能源來使用。看起來很簡單是吧,只有一個問題,你把這個高達上億攝氏度的反應體放在哪裡呢?迄今為止,人類還沒有造出任何能經受1萬攝氏度的化學結構材料,更不要說上億攝氏度了。這就是為什麼一槌子買賣的氫彈已經制造了50年後,人類還沒能有效的從核聚變中獲取能量的唯一原因。



9.可控核聚研究進展。人類是很聰明的,不能用化學結構的方法解決問題,我們就用物理的試驗一下。早在50年前,兩種約束高溫反應體的理論就產生了,一種是慣性約束。這一方法把幾毫克的氘和氚的混合氣體裝入直徑約幾毫米的小球內,然後從外面均勻射入激光束或粒子束,球面內層因而向內擠壓。球內氣體受到擠壓,壓力升高,溫度也急劇升高,當溫度達到需要的點火溫度時,球內氣體發生爆炸,產生大量熱能。這樣的爆炸每秒鐘發生三四次,並持續不斷地進行下去,釋放出的能量就可以達到百萬千瓦級的水平。這一理論的奠基人之一就是我國著名科學家王淦昌。另一種就是磁力約束,由於原子核是帶正電的,那麼我的磁場只要足夠強大,你就跑不出去,我建立一個環形的磁場,那麼你就只能沿著磁力線的方向,沿著螺旋形運動,跑不出我的範圍,而在環形磁場之外的一點距離,我可以建立一個大型的換熱裝置(此時反應體的能量只能以熱輻射的方式傳到換熱體),然後再使用人類已經很熟悉的方法,把熱能轉換成電能就是了。蘇聯科學家塔姆和薩哈羅夫提出的這種方法相對於慣性約束,世界受控核聚變研究,主要集中在這個領域上。



沈大哥


原理上就是輕核元素在高溫高壓下的聚合。但是氫彈並不是依靠原子彈的高溫高壓實現聚變的,而是依靠核裂變產生的X射線都氘離子產生強約束實現的。具體咋整就是極端機密了,目前網上所有的氫彈構形和模型都是推測的,一個靠譜的沒有。這世界上能真正爆蘑菇蛋的有不少國家,但是,爆氫彈的嚴格意義上講就中美蘇三家。牛國和雞國都是別人家賞的。


飛行者埃裡克


無論核聚變核裂變,要想獲得成功首先應具備不相同的粒子內外平衡度,如果沒有平衡度差就不具備條件。如地球表面的物質體如果不考慮路途變化運往九大行星外圍就會自發裂變,根據平衡原理可開發很多事業作為,這些是運用功能,再如水變汽體,如果變化時間極短,依然具有破壞性,反之都是開發之路,人類將來最大能源是氧的利用。


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