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漫畫:什麽是“可控核聚變”?

學過初中化學的朋友壹定都知道,原子由 原子核 以及環繞在周圍的 電子 所組成。而原子核內部,又包含了 質子 中子

其中,電子是帶有負電荷的粒子,質子帶正電,中子不帶電。

壹般情況下,元素周期表中越往後的元素,質子數和中子數越多,原子核的相對質量也越大。

而所謂核裂變,是指壹個質量較大的原子核在吸收壹個新的中子之後,分裂成兩個或多個質量較小的原子核,同時釋放出兩到三個中子的過程。

經過這樣的分裂之後,所有輕原子核再加上釋放中子的總質量,會比原先的重原子核質量稍微小壹些。

E=mc?

方程當中的c代表光速,這是壹個非常大的數字,而光速的平方更是大得不得了。因此,損失的壹丁點質量,就可以換來無比巨大的能量!

不過,原子核很小很小,壹個原子核的裂變所釋放的能量終究是有限的。但如果許許多多重原子核排列在壹起,會發生什麽呢?

如上圖所示,第壹個重原子核裂變所釋放的兩個中子,會被周圍的兩個重原子核吸收,並釋放4個中子,4個中子又被周圍的4個重原子核吸收,並釋放出8個中子......如此循環往復,裂變的重原子核越來越多,釋放的能量也越來越大。這個過程被稱為 鏈式反應

適合於核裂變的重原子,包括 鈾、鈈、釷 ,其中被使用最多的,是鈾的同位素 鈾235

作為殺傷力巨大的武器,原子彈造成的是 不可控核裂變 ,其釋放的能量除了破壞,無法被人們正面利用。

後來,人們發明了核反應堆,減緩了核裂變鏈式反應的過程,使得核裂變的能量可以被人們安全利用。這就是 可控核裂變

當今世界上的核電站、核潛艇、核動力航母,都是對可控核裂變的有效利用。

所謂核聚變,是指兩個質量較小的原子核,在極高的溫度和壓力之下碰撞在壹起,聚合成壹個質量較大的新原子核。

最常見的核聚變,發生在氫原子的同位素上面。讓我們先來介紹壹下氫原子的兩位兄弟:

大家在初中化學都學過,氫原子的原子核有壹個質子,沒有中子。而它的同位素氘的原子核,包含壹個質子和壹個中子;另壹個同位素氚的原子核,包含壹個質子和兩個中子。

氘和氚,兩者在壹定條件下(高溫和高壓),能夠聚合成壹個氦原子核,並釋放出壹個中子。

核聚變發生之後,同樣會損失壹定的總質量,並釋放巨大的能量。但不同的是,核聚變所釋放的能量是核裂變釋放能力的四倍!

氫彈和原子彈相比,威力的差距有多大呢?我們可以看看下面這張圖。

在圖中,左側兩朵紅色的小蘑菇雲,是1945年美軍投放在日本的兩顆原子彈(廣島的“小男孩”,長崎的“胖子”)所產生的效果。

而右側三朵藍色的巨大蘑菇雲,是氫彈實驗的結果。有史以來,人類試驗過的最大的氫彈,是5000萬噸的“沙皇”,單是從蘑菇雲的大小來看,也足以想象出這個武器的可怕威力!

和原子彈類似,氫彈的爆炸也是壹瞬間的,這種巨大的能量無法被人們自由利用,屬於 不可控核聚變

那麽,核聚變能不能像核裂變那樣,成為壹種可以安全控制的能源技術呢?

為了實現這壹點,全世界有許多聰明的科學家都在努力 探索 ,人們把這項前途無量的技術稱為 可控核聚變

到目前為止,可控核聚變的研究有了長足的進展,但是距離真正意義上的應用,還有很長的路要走。

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