第十四章D核聚变.docx
第十四章D核聚变在基础型课程中我们曾详细讨论了裂变、链式反应及其应用一一反应堆。前面在结合能的学习中已经知道分散的核子结合时能释放结合能。那么有没有原子核聚合而产生巨大能量的事例呢？在自然界中，太阳及许多恒星都在进行着这样的核反应，叫做核聚变。图14-13是正在用观察仪观察太阳表面的日冕，太阳的表面犹如一片火海，翻滚着烈焰,它表面的温度有6×IO30C,它内部的温度可达3Xl（c°在太阳内部进行着的是较轻原子核（如气、瓶等）结合成新原子核的过程，从而释放大量的结合能。图14-13图14-14为了能像反应堆那样可以有控制地利用这种能量，人们花费了近半个世纪的努力，至今尚未完全成功。图14-14是我国所建的研究核聚变的“环流一号”装置。一、聚变重核裂变时可释放巨大的能量，某些质量很小的轻核结合成质量较大的核时，也能释放巨大的能量，在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚合释放的能量比重核裂变更多，例如2个笊核结合成1个旅核时，释放4MeV的结合能，其核反应方程是：21H+2H3H+11Ho又如1个笊核与1个气核结合成1个氮核时，释放出17.6MeV的结合能，核反应方程是：2H+3H-*42H+,0n轻核结合成质量较大的原子核叫做聚变。从上面的例子中可以看出，聚变时每个核子平均释放的结合能要比重核裂变时每个核子平均释放的结合能大得多。二、热核反应图14-15轻核要接近到核力能够发生作用的范围之内才能发生聚变，由于库仑斥力等因素存在，轻核要彼此接近必须有足够大的动能。理论研究指出，只有在几百万度高温情况下，原子完全离子化，原子的核外电子全部与原子脱离，成为等离子体，这时部分原子核就有足够的动能克服相互间库仑斥力，在碰撞中接近到发生聚变的程度，这种反应叫做热核反应，目前在地球上能实现的热核反应是氢弹爆炸。氢弹是由原子弹和热核燃料组合而成的，原子弹爆炸的高温足以引起热核反应。除了氢弹之外，人们至今还未掌握控制聚变反应以及利用聚变能量方法。三、可控热核反应的探究热核反应与裂变反应相比，具有许多优越性。首先就释放的能量来说，相同质量的核燃料，聚变释放的能量比裂变大得多。其次，裂变产生的放射性物质较难处理，热核反应在这方面的问题要简单得多。此外，热核反应的燃料一一笊等，在地球上储量十分丰富，海水中就有大量的笊，IL海水中就有约0.03g笊，用它进行热核反应，放出的能量与燃烧300L汽油相当。世界各国都在积极研究可控核聚变的理论和技术，目前主要从两方面发展，一种方法叫做磁约束，另一种叫做激光惯性约束。磁约束是利用磁场将高温等离子体约束在一定空间内，维持足够长时间，使其达到所谓“点火”条件（聚变能自动进行下去的条件）。图14-16是一种叫做“托卡马克”的装置，中央的一个环形真空室充有笊气，真空室外绕有线圈，通电后形成一个如图14-17那样的螺旋形磁场，并产生一个高达IO6A的轴向电流给等离子体加热。我国的“环流一号”就是这样的一种装置。图14-16图1417惯性约束，实际上是依靠聚变燃料自身的惯性，在高温高压下还来不及飞散之前的短暂时间内完成聚变反应，氢弹里实现的就是惯性约束，只是它不可控制。自从激光发明之后，可控惯性约束成为一种可能。1964年，我国科学家王澄昌与前苏联科学家巴索夫各自独立提出了激光核聚变的构想，即用高功率的激光束打在笊瓶组成的靶球上，产生高达5X1O5°C左右的高温，从而利用惯性约束实现核聚变，目前这种反应已能实现，但尚未达到持续产生核聚变的条件。综上所述，可控热核反应尚处在基础研究阶段，世界上已经启动了一个“国际热核实验反应堆计划”，参与的国家包括欧盟15个成员国、美国、俄罗斯、日木、韩国、加拿大和中国。该计划旨在建立世界上第一个接近实用的聚变实验反应堆。相信总有一天，人类一定能够实现可控热核聚变的宏伟理想。
