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聚变能:无限前景的高能资源

时间:2023-07-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:裂变反应放出的能量叫裂变能,聚变反应也会产生能量,叫做聚变能。聚变反应释放出来的能量非常大,1公斤的氘和氚发生聚变反应时,释放出来的能量与上万吨优质煤相等。也就是说,同等质量的核燃料,聚变反应释放出来的能量要比裂变反应大三四倍。难怪聚变反应又获得了一个新的名称——“热核反应”,聚变能也因此被叫做:“热核能”。

聚变能:无限前景的高能资源

核反应中,除了核裂变,还有核聚变。裂变的反应是“一分为二”,聚变反应则相反,它是由两个很轻很结实的原子核“合二而一”,聚合到一起,变成一个比较重、比较大的原子核的过程。裂变反应放出的能量叫裂变能,聚变反应也会产生能量,叫做聚变能。

核聚变是怎样发生的呢?我们知道,世界上最轻的化学元素是氢。氢的原子核就是一个孤零零的质子,别的什么也没有。不过,氢还有两个“弟兄”:一个叫氘,又叫重氢,原子核里多了一个中子跟质子做伴;另一个叫氚,又叫超重氢,原子核由一个质子和两个中子组成。因为它们的原子核里都只有一个质子,核的外围也只有一个电子绕着旋转,所以属于同一种元素,只是由于中子的数目不同,使它们一个比一个重而已。

除了氢这一家子,还有一些轻元素,如氦、锂、硼等等,特别是锂,也可以用作聚变反应的核燃料

聚变反应释放出来的能量非常大,1公斤的氘和氚发生聚变反应时,释放出来的能量与上万吨优质煤相等。也就是说,同等质量的核燃料,聚变反应释放出来的能量要比裂变反应大三四倍。

举例说,氢和氧结合成普通水,氘和氧结合成重水,普通水里就含有重水,也就是含有重氢——氘,尽管含量很少很少。1升水中含有的氘可以提供相当于燃烧300升汽油所放出的能量,换句话说,一旦实现了核聚变,那么一桶海水就可以充当300桶汽油使用。

锂受中子照射会得到氚,所以聚变反应也可以在锂核和氚核之间进行。地球上已知含锂的矿物有150多种,海水里就蕴藏着2600亿吨锂。

核聚变能还有一个极明显的优点,那就是它只会产生少量的放射性物质,而且保持放射性的时间比较短,所以它的放射性污染要比核裂变轻得多,一般不到核裂变的1/30。又因为聚变反应是在受约束的稀薄气体中进行,即使出现故障,发生问题,也只是核燃料迅速分散,自动冷却而停止反应,不会造成严重的核事故。这就是说,核聚变能是一种比核裂变能更干净、更安全的能源

大多数人相信,如果世界上真的存在着一种理想的最终能源的话,那么,它就是核聚变能。(www.xing528.com)

原子核聚变反应早在1932年就被发现,这比第一次实现人工核裂变的时间还早。

但是,实现人工核裂变比较好办,中子一轰击,不稳定的重原子核发生分裂,然后通过链式反应,就能持续地释放出能量来。

人工引发核聚变可不简单。因为只有两个氢原子核靠得很近很近时才有可能发生聚变反应,而由于原子核都带正电,彼此排斥,电子与原子核之间的距离又很大,所以在普通条件下,发生核聚变的可能性是非常非常小的。

为了使大量的氢原子核有机会彼此靠近,迄今为止唯一可行的途径,就是使它们具有很大的动能,以便在高速运动和相互对撞的过程中,有更多的机会去实现聚变反应。

具体办法就是给它们加温。温度越高,原子的动能越大。

简单的计算结果告诉我们,如果氘的气体达到了几亿摄氏度的高温,它们就能产生足够数量的聚变反应;而对于氘氚混合气体来说,实现聚变反应的温度也必须高到1亿摄氏度左右。

难怪聚变反应又获得了一个新的名称——“热核反应”,聚变能也因此被叫做:“热核能”。

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