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核聚变和核裂变的原理是什么

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来源: 作者: 2019-05-16 20:58:23

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源于核武器爆炸我们会提到核聚变和核裂变。那末什么是核聚变和核裂变呢?核聚变和核裂变的原理又是什么呢?我们来了解下相关知识。

核聚变简介

核聚变,又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核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,让两个原子核能够相互吸引而碰撞到一起,产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进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。

这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情势。科学家正在努力研究可控核聚变,核聚变可能成为未来的能量来源。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。 人类已可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。

核聚变的原理

核聚变,即轻原子核(例如氘和氚)结合成较重原子核(例如氦)时放出巨大能量。由于化学是在分子、原子层次上研究物质性质,组成,结构与变化规律的科学,而核聚变是发生在原子核层面上的,所以核聚变不属于化学变化。

热核反应,或原子核的聚变反应,是当前很有前途的新能源。参与核反应的轻原子核,如氢(氕)、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应(参见核聚变)。热核反应是氢弹爆炸的基础,可在瞬间产生大量热能,但尚无法加以利用。

如能使热核反应在一定约束区域内,根据人们的意图有控制地产生与进行,便可实现受控热核反应。这正是在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功,则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。

冷核聚变是指:在相对低温(甚至常温)下进行的核聚变反应,这种情况是针对自然界已知存在的热核聚变(恒星内部热核反应)而提出的一种概念性‘假设’,这种假想将极大QQ空间新推亲子相册记住和孩子一起长大的感觉
的降低反应要求,只要能够在较低温度下让核外电子摆脱原子核的束缚,或者在较高温度下用高强度、高密度磁场阻挡中子或让中子定向输出,就可以使用更普通更简单的设备产生可控冷核聚变反应,同时也使聚核反应更安全。

核聚变所需的反应条件

核聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应情势。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)常常伴随着能量的释放。

核聚变实现方式

通常有三种方式来产生核聚变:

1.重力场约束;2.惯性约束;3.磁束缚。

其中主要的可控核聚变方式:

激光约束(惯性束缚)核聚变(如我国的神光计划,美国的国家点火计划都是这种形式)

磁束缚核聚变(托卡马克、仿星器、磁镜、反向场、球形环等),这类方式目前被认为是最有前途的。

核裂变简介

核裂变,又称核分裂,是指由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应情势。原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见,热中子轰击铀-235原子后会放出2到4个中子,中子再去撞击其它铀-235原子,从而构成链式反应。

核裂变的原理

裂变释放能量是与原子核中质量-能量的储存方式有关。从最重的元素1直到铁,能量贮存效力基本上是连续变化的,所以,重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有益的。如果较重元素的核能够分裂并构成较轻的核,就会有能量释放出来。

然而,很多这类重元素的核一旦在恒星内部构成,即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发),它们却是很稳定的。不稳定的重核,比如铀-235的核,可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定核时,也能触发裂变。

由于裂变本身释放分裂的核内中子,所以如果将足够数量的放射性物资(如铀-235)堆在一起,那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变,其中每一个至少又触发另外两个核的裂变,依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原子弹(实际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量释放过程。

对核弹,链式反应是失控的爆炸,由于每个核火拼智能家居、穿着、汽车:欢迎来到物联网时
的裂变引起另外好几个核的裂变。对核反应堆,反应进行的速率用插入控制棒来控制,使得平均起来每一个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。

核裂变所释放的高能量中子移动速度极高(快中子),因此必须通过减速,以增加其撞击原子的机会,同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂将高能量中子速度减慢,变成低能量的中子(热中子)。商营核反应堆普遍采取镉棒、石墨和较昂贵的重水作为慢化剂。

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