核裂变和核聚变哪个可控?什么是核裂变和核聚变?
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- 2022-11-10 16:27:51
核裂变是能控制的,核电站就是利用核裂变的能量发电,通过控制中子数来控制反应的速度。核骤变是不能控制的,氢弹就是利用核骤变,核骤变一次释放的能量过大,无法控制。
聚变:轻原子核聚合为重原子核并放出巨大能量的过程。如氢弹爆炸就是使氘、氚等聚合为氦核的聚变反应。
裂变:重原子核(如铀核、钚核)分裂为轻原子核(如钡核和氪核、氙核和锶核)并放出巨大能量的过程。原子弹爆炸就是利用铀或钚的不可控制的裂变反应,产生巨大的破坏作用。
核聚变,又称核融合,是指由质量小的原子,比方说氘和氚,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成中子和氦-4,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核,称为核聚变,如恒星持续发光发热的能量来源。
核聚变就是小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核,核裂变就是一个大质量的原子核分裂成两个比较小的原子核,在这个变化过程中都会释放出巨大的能量,前者释放的能量更大。如果是由重的原子核变化为轻的原子核,称为核裂变,如原子弹爆炸。
核裂变和核聚变都涉及到质能方程,即将质量与能量的转化。世界上的每一种物质都处于不稳定状态,有时会分裂或合成,变成另外的物质。物质无论是分裂或合成,都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦原子,就叫核聚变,太阳就是依此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的,目前的核电站也是利用核裂变而发电。核裂变虽然能产生巨大的能量,但远远比不上核聚变,裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,不仅产生强大的辐射,伤害人体,而且遗害千年的废料也很难处理,核聚变的辐射则少得多,核聚变的燃料可以说是取之不尽,用之不竭。而为了能使质量发生变化,我们需要做的是使原子核的质量发生变化,这与原子核的构成有关, 一定条件下有反应:D+T=He+n,其中D和T分别是氘和氚,这是氢的两个同位素,你也知道,氢原子核是一个质子组成,而氘是由一个质子和一个中子,氚是由一个质子和两个中子组成。He是氦,氦原子核是由两个质子和两个中子组成,而n是单个中子。反应式两边都是两个质子和三个中子,但是,D核与T核质量之和,要大于氦核质量与中子质量之和,而消失的那部分质量,就被转化为能量(主要以伽马射线的形式)。像这样多个较小(轻)的原子核聚合为一个较大(重)的原子核,产生质量亏损,使质量转化为能量的过程就是核聚变。反之,一些重的原子核,可以在一定条件下分裂为数个较小的核,产生质量亏损,使质量转化为能量,这个过程就是核裂变。最典型的裂变元素就是铀235(其核由92个质子和143个中子组成)。
目前,人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用,必须能够合理的控制核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出;而触发核聚变反应必须消耗能量,因此人工核聚变的能量与触发核聚变的能量要到达一定的比例才能有经济效应。科学家正努力研究如何控制核聚变,但是现在看来还有很长的路要走。目前主要的几种可控制核聚变方式:超声波核聚变、激光约束(惯性约束)核聚变、磁约束核聚变(托卡马克)。人类科技还只能实现可控的链式核裂变,现在的核电站全部是裂变发电。对于可控的链式核聚变(注意是可控!不可控的链式核裂变就是原子弹的原理,不可控的链式核聚变就是氢弹的原理)要求太严苛,现在还难以实现。
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