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(重新導向自 聚变反应)
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核聚變,又稱核融合、融合反應或聚變反應,是指將兩個較輕的核結合而形成一個較重的核和一個極輕的核(或粒子)的一種核反應形式[1]。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)。核聚變是給活躍的或「主序的」恆星提供能量的過程。

過程

兩個較輕的核在融合過程中產生質量虧損而釋放出巨大的能量[2],兩個輕核在發生聚變時雖然因它們都帶正電荷而彼此排斥,然而兩個能量足夠高的核迎面相遇,它們就能相當緊密地聚集在一起,以致核力能夠克服庫侖斥力而發生核反應,這個反應叫做核聚變。

舉例:兩個質量小的原子,比方說兩個氚原子,在一定條件下(如超高溫和高壓),會發生原子核互相聚合作用,生成中子和氦-3,並伴隨着巨大的能量釋放。

分類

原子核中蘊藏巨大的能量。根據質能方程E=mc2,原子核之淨質量變化(反應物與生成物之質量差)造成能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核,稱為核裂變,如原子彈爆炸;如果是由較輕的原子核變化為較重的原子核,稱為核聚變。一般來說,這種核反應會終止於鐵,因為其原子核最為穩定。

最早的人工核聚變技術是氫彈,同時在20世紀50年代,人類開始認真地研究發展用於民用目的的受控熱核聚變,並一直持續到今天。

發生條件

如果要進行核聚變反應,首先就必須提高物質的溫度,使原子核和電子分開,處於這種狀態的物質稱為「等離子體」(plasma)。顧名思義,核力是一種非常強大的力量,而其力量所及的範圍僅止於10−10~10−13米左右,當質子和中子互相接近至此範圍時,核力就會發揮作用,因而發生核聚變反應。

但由於原子核帶正電,彼此間會互相排斥,所以很難使其彼此互相接近。若要克服其相斥的力量,就必須適當地控制等離子體的溫度、密度和封閉時間﹝維持時間﹞,此三項條件缺一不可。由於提高物質的溫度可以使原子核劇烈轉動,因此溫度升高,密度變大,封閉的時間越長,彼此接近的機會越大。

由於等離子體很快就會飛散開來,所以必須先將其封閉。用來使等離子體封閉的方法有許多種,太陽內部是利用巨大重力使等離子體封閉,而在地球上則必須採取別的方法,磁場的利用便是其中一種。當等離子體帶電時,電荷被卷在磁力線上,因此只要製造出磁場,就能夠將等離子體封閉,使它們懸浮在真空中。

視頻

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核聚變原理
核聚變

參考文獻

  1. 什麼是核聚變,中國國際核聚變能源計劃執行中心,2012-10-15
  2. 核聚變原料資源豐富、釋放能量巨大而且安全、清潔,豆丁網,2019-2-20