核聚变的优势

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1、核聚变的优势从核裂变的途径获得核能，相对来说比较容易些，而且已经取得了很大的成功。但是,以核裂变作为能源，也有许多难以克服的问题。一方面铀、飪的储量有一定的限度；另一方面，裂变所产生的放射性碎片愈来愈多，这些放射性废物日积月累，如何处理它们也是一个很麻烦的问题。因此，利用核能的另一个途径?核聚变，就是一个大家非常关心的问题。核聚变在上述两大问题方面，有绝对的有利条件和优势。还在裂变发现之前，物理学家就已经知道轻核相互作用发生核反应时会放岀很大的能量，而且这种反应的结果是产生比原来的核更重的核。因此，就把这类反应统称为聚变反应,放出的能量就称聚变能。科学家从聚变研究中知

2、道，太阳和另外的某些星球之所以能够在漫长的岁月中继续不断地向外散发能量，就是因为在它的内部进行着上述的聚变反应。前面己经介绍过，太阳的光和热主要来自蛍核聚变形成氨原子核吋所释放的能量。太阳到了老年阶段，氮原子核也要再聚变形成更重的原子核，最后再收缩耗尽它的全部能量而了却一生。在比我们的太阳更老的星体中，氨原子核可能已经聚合形成了较重元素的原子核。根据普遍承认的星体演化理论,元素周期表上的元素，直到铀元素以及所有的超铀元素，都是在星体寿命晚期阶段的原子核生成反应中产生出來的。在新星爆炸中，这些新产生的原子核喷射入宇宙中，当它们冷却时,将其保护性的电子壳层在其周围集合起来

3、，从而变成易于对待的中性原子。那些构成地球上有生命物质精细秩序的原子，可能起源于遥远的和现在早已死亡的星球屮央的原子核混沌。由此可见，聚变反应是多么的神圣，它不但是宇宙光明的使者，而且是宇宙万物的造化者。在地球上己经造出了热核武器。热核武器中进行的也正是聚变反应，它在很短时间内释放出大量能量，从而具有很大的破坏力。但是热核武器释放的能量是不能控制的，不能广泛地应用于经济建设。因此，科学家日前正在寻找方法，使聚变的能量能够在受人控制的条件下释放出来并加以利用。像费米建造第一个核裂变反应堆那样，谁能在世界上首先建造起第一个核聚变反应堆，那时人们给他树立的纪念碑，就会比芝加

4、哥大学为第一个核裂变堆试验成功树立的纪念碑更加精美而堂皇。从研究裂变反应中，我们知道实验室进行的少数次裂变反应所放出的能量是很少的，可能还没有为实验而消耗的能量多。直到链式裂变反应成功以后，裂变能才有了实际利用价值。聚变能也是一样，也只有实现了自持式聚变反应时，才谈得上利用。太阳屮的聚变反应是一种热核反应，即由高温引起的原子核反应。热核反应，相当准确地说，就是原子核燃烧。它们类似于普通的化学燃烧。在化学的燃烧中，高温引起反应，而由反应释放的能量又维持着高温并传播火焰。化学反应可以通过几个步骤来进行，其净效杲是原子结合成更紧密束缚的分子。原子核燃烧也一样可以由这些特点来

5、表征。由高温引起和蔓延的反应或一系列反应产生了更加紧密束缚的原子核。除了反应粒子的性质Z外，差别只是规模的问题。从燃烧的角度我们可以理解，聚变反应没有临界质量和临界体积的问题，燃料再多也没问题，它自己燃不起来。但是很明显，燃烧有一个“燃点”的问题，也就是燃烧的临界温度问题，这是聚变反应的关键。热核反应的温度至少要儿千万度甚至上亿度，它的火焰要比化学反应至少热一万倍和强百万倍。我们来看看核聚变反应为什么要如此高的温度！从原子核的小尺寸以及他们之间的电性斥力，可以相当简单地來理解热核反应所需的温度。为了使一对宛核，或一个宛核和一个歸核“接触”，也就是足够紧密地紧靠在一起，

6、其中心距离必须不大于米，在这个I'可距下，两个原子核之间的电位能可容易地计算出来：式屮R是电场力常数，c是氛核的电量，「是两个宛核Z间的距离。2(90x

7、09X160x10-19)2wU=—=———=230xI0'14(J)=144{ker)rIO-14虽然这个能量比加速器中可利用的能量小，但与普通热能相比却大得多了。在能够使所有物质蒸发的一万度的温度下，每个粒子热运动的平均动能也只有1.3eVo上面计算出氛一氛碰撞要克服的电位垒144keV比物质蒸发时的粒子动能要大I•万倍。我们知道，当物质的温度升高时，它的粒子的动能也随着升高。热力学证明，处于热运动中的粒子的平

8、均动能等于(3/2)kT,其中k是波耳兹曼常数(1.38X10②焦耳/度)。当物质温度渐渐升高吋，原子外部的一个电子就会由于电离作用而成为自由电子，留下来的就是一次电离的离子。如果原子外层还有电子，那么随着温度再升高，又可以使第二个、第三个……电子变成自由电子，留下来的就是二次、三次等髙次电离的离子。温度越高，电离次数也越高，原子最终可以达到完全电离，这时离子就是核本身。这种电离了的物质我们称之为等离子体。热核反应就是在高温等离子体中进行的。处于高温状态的核的动能也不都是一样的，在一定的温度T下，具有不同动能的核的数目占全部核的比例服从麦克斯韦分布。