人類為什麼非要在「氚–氘」核聚變一棵樹上吊死?其他核聚變呢?

2020-12-05 刁博

兩個較輕的原子核在一定條件下能夠合成出一個較重的原子核,同時依靠質量虧損釋放出大量的能量。人類能夠實現的核聚變主要是用的氫元素的兩種同位素氘和氚,氫元素的原子核裡只有一個質子,有一個中子的是氘,有兩個中子的是氚,沒有中子的是氕。

哪些元素可以通過聚變釋放出能量,哪些元素可以通過裂變釋放出能量與比結合能有關。一般而言,比結合能越小,就越能夠聚變成新元素,並且釋放出的能量也相對較多。如下圖所示,氘的比結合能較小,非常適合用來做核聚變材料。氫彈就是用氫的同位素氘和氚製造的,所以它叫氫彈,不叫氦彈或鐵蛋。

之所以不用氕,是因為氕的原子核中只有一個質子,兩個質子靠近時會有非常大的庫侖力阻力。要是氕核發生聚變,需要有恆星上才能實現的高溫高壓,地球上沒有這種條件,人類也沒有創造出這樣的條件。氘核和氚核中因為有中子,中子能夠參與強相互作用使得氘核及氚核能夠比較容易結合在一起。同時

要想實現太陽上那樣的質子質子鏈反應,需要至少90倍質量的木星。這樣一顆星球中心處的高溫和高壓剛好可以點燃質子和質子的核聚變。但是還不能點燃更大質量核素的核聚變,因為點燃更大質量核素的核聚變需要更高的條件。那樣的條件對人類來說目前還是不敢奢求的。

相關焦點

  • 人類研究可控核聚變使用的是氚–氘,可以使用其他元素嗎?
    理論上任何低於鐵的元素都可以進行核聚變反應,並釋放大量能量,但是目前人類引發核聚變的手段,主要靠提高溫度,在所有核聚變當中,氫元素的核聚變反應所需溫度最低,其中又以氘-氚的聚變最容易實現。相比之下,其他元素的核聚變條件更高,比如在大質量恆星的內部,擁有比太陽內部更高的壓力,其中碳的核聚變需要大約2億度,氖的核聚變需要10億度,氧的核聚變需要20億度,矽的核聚變需要30億度。
  • 人類為什麼要研究可控核聚變?
    歡迎大家閱讀本期的鵬楊科普,在前兩天的文章中給大家說了一下人造太陽的事情,其中我們說到了可控核聚變的問題,但我們並沒有談到可控核聚變的用途,沒有說到我們人類為什麼要花這麼大的精力去實現可控核聚變,若是實現了到底能有什麼作用?本期的內容我們就主要來說說可控核聚變的用途。
  • 世界最強輻射源:美開啟氘—氚受控核聚變實驗
    據美國《科學》雜誌在線版15日消息稱,美能源部下屬桑迪亞國家實驗室日前在其世界最強輻射源——「Z機」(Z machine)裝置內開啟了氘—氚受控核聚變實驗。當未來氘—氚比例達到50∶50時,它所產生的能量將是現有最大能量的500倍。受控核聚變若能成功,幾乎能使人類擺脫能源危機的困擾。
  • 美國啟動氘-氚受控核聚變
    核聚變研究進入全新階段。據美國《科學》雜誌在線版15日消息稱,美能源部下屬桑迪亞國家實驗室日前在其世界最強輻射源——「Z機」(Z machine)裝置內開啟了氘—氚受控核聚變實驗。當未來氘—氚比例達到50∶50時,它所產生的能量將是現有最大能量的500倍。
  • 可控核聚變鍾愛誰?氕氘氚中為何選擇了這種?
    核聚變是較輕的兩個原子核在一定條件下融合為一個較重的原子核並釋放出能量的過程。太陽上進行著核聚變並向外釋放著能量,人類使用的能源有很大的比例歸根到底就是來自於太陽能。目前人類雖然能夠依靠核聚變製造出氫彈,但是氫彈是不可控的,釋放的巨大能量並不能被人類利用。
  • 美開啟「氘—氚」核聚變研究 能量將放大500倍
    核聚變研究進入全新階段。據美國《科學》雜誌在線版15日消息稱,美能源部下屬桑迪亞國家實驗室日前在其世界最強輻射源——「Z機」(Z machine)裝置內開啟了氘—氚受控核聚變實驗。當未來氘—氚比例達到50∶50時,它所產生的能量將是現有最大能量的500倍。 受控核聚變若能成功,幾乎能使人類擺脫能源危機的困擾。
  • 美國突破「氘—氚」核聚變:是目前世界最強輻射源能量五百倍
    美國突破「氘—氚」核聚變:是目前世界最強輻射源能量五百倍 張夢然/科技日報 2016-11-17 07:32 來源:澎湃新聞
  • 核聚變至少要一億度,太陽核心只有1500萬度,為什麼還能核聚變?
    全世界窮盡一切努力正在建設商業核聚變實驗堆ITER,它的目標是遠超一億度以上的高溫,並且保持超過500秒以上的時間,以讓參與聚變的氚氘達到聚變條件,原子核在超高溫下突破庫侖障壁,聚合在一起形成氦四,同時釋放出巨大的能量!
  • 可控核聚變到底是什麼?
    而可控核聚變就是解決這個問題的答案,那為什麼說掌握了可控核聚變技術就會擁有無限的能源?核聚變是將較輕的元素融合為更重的元素來釋放能量,而我們人類所使用的核聚變燃料和太陽現在燃燒所使用的燃料相同,都為輕核聚變。
  • 核聚變發電是什麼?
    核聚變發電是什麼?核聚變是較輕的原子核聚合成較重的原子核的反應。這種反應必須在極高的溫度下進行,所以又叫做熱核反應。核聚變放出的能量比核裂變還要大10倍,是一種嶄新的能源。核聚變的原料主要是氫、氘和氚。
  • 美核聚變研究開啟「氘—氚」新時代
    據美國《科學》雜誌在線版11月15日消息稱,美能源部下屬桑迪亞國家實驗室日前在其世界最強輻射源——「Z機」(Z machine)裝置內開啟了氘—氚受控核聚變實驗。當未來氘—氚比例達到50∶50時,它所產生的能量將是現有最大能量的500倍。  受控核聚變若能成功,幾乎能使人類擺脫能源危機的困擾。
  • 為什麼氫彈一點就炸,太陽的核聚變卻如此穩定?
    那麼為什麼人類發明的氫彈一點就炸了,但是太陽的核聚變卻能夠如此穩定地進行幾十億年呢?實際上,要實現核聚變對溫度的要求很高,但是人類目前創造不出上億度的高溫,因此為了實現氫彈,這個過程中還涉及到了核裂變。
  • 能源歸途:核聚變
    聚焦核聚變太陽之所以能發出巨大的光和熱,是因為其內部無時無刻不在進行著核聚變反應,從而釋放出大量的聚變核能。核聚變又稱「核融合」、「熱核反應」,與核裂變不一樣,它不是重原子核的分裂,而是由質量輕的原子(主要是指氫的同位素氘和氚)在超高溫條件下,發生原子核互相聚合作用,生成較重的原子核(氦)並釋放出巨大的能量。
  • 為什麼要做人工太陽?可控核聚變為什麼是終極能源?
    為什麼要掌握可控核聚變為了解決煤炭石油資源的壓力,同時提高能量的轉化率,人類對能源的渴望愈發強烈。當科學家發現太陽擁有幾乎無窮無盡的能量的時候,他們萌生了一個大膽的想法,在地球上製造出一個微型人造太陽,一勞永逸的解決能源問題。
  • 核衰變、核裂變、核聚變區別(大眾科普)
    核聚變,即輕原子核(例如氘和氚)結合成較重原子核(例如氦)時放出巨大能量。因為化學是在分子、原子層次上研究物質性質,組成,結構與變化規律的科學,而核聚變是發生在原子核層面上的,所以核聚變不屬於化學變化。 熱核反應,或原子核的聚變反應,是當前很有前途的新能源。
  • 磁場約束核聚變—託克馬克裝置
    在通電的時候託卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場,將其中的等離子體加熱到很高的溫度,以達到核聚變的目的。相比其他方式的受控核聚變,託卡馬克擁有不少優勢。2006年9月28日,中國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置EAST首次成功完成放電實驗,獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。EAST成為世界上第一個建成並真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置。早在1933年,即發現核裂變現象五年前,人類就發現了核聚變。雖然核裂變比核聚變發現得晚,但是很快就實現了核裂變爆炸。
  • 什麼是磁約束可控核聚變,什麼時候才能商業化可控核聚變發電?
    無論是磁約束還是慣性約束核聚變,都是可控核聚變研究的重要方向,兩者本質上沒有什麼區別,都是控制氚氘等輕元素聚合成重元素的一種方式,但兩者的原理與過程卻大相逕庭,不妨來圍觀一下!磁約束是將一束高溫等離子氣體引入一個不規則的環形磁場,讓這團氣體在磁場中加熱並約束足夠久的時間,讓其中的氚氘氣體在這個約束過程中實現聚變,聽上去似乎並不難,但極高溫等離子體非常難於被磁場約束,而且超高溫加熱時間不夠久(難以持續聚變),還有五千萬至上億度的高溫對於內壁材料絕對是一種折磨,另外氚氘聚變的中子輻射會導致內壁嬗變......簡單的說過陣子內壁就變成了另一種材料
  • 核聚變將最終成為未來的能源嗎?
    按目前世界能量的消耗率估計, 地球上蘊藏的核聚變能可用100億年以上。因此從原理上講, 聚變能可以成為人類取之不盡、用之不竭的能源。實際情況真的如此嗎?人類離可控核聚變還有多遠?《科學通報》發表中國原子能研究院研究員陳永靜撰寫的「核聚變將最終成為未來的能源嗎?」一文,介紹了核聚變基礎知識和可控核聚變的發展及現狀。
  • 一分鐘了解,核聚變情況,體驗下新能源新動力
    核聚變理核聚變,即為輕原核(氘與氚)合成較重原核(如氦)時出大量。以為於化學即在分子、原子而究、組,構而化之科也。而核聚變是在原核層面上之,故核聚變非化學變。核聚變熱核應,或原核之變應,具頗為新能源。參核應之輕原核,如氫、氕、氘、氚、鋰等從熱動得之,而致之聚變應。熱核乃為氫彈爆也,可於大熱,然非可用。若使熱核應在必約內,因人之意有控而制,即行受控熱核應。此正在究之題。
  • 核二三事 | 淺談核聚變
    核聚變(Nuclear Fusion),又稱核融合、融合反應、聚變反應或熱核反應,是在極高的溫度和壓力下將兩個較輕的核(主要是氘和氚)結合形成一個較重的核和一個較輕核(或粒子)的一種核反應形式。在此過程中,物質沒有守恆。因為有一部分正在聚變的原子核的物質被轉化為光子(能量)。