李志宏
为什么裂变能的应用比聚变能容易实现? 精选
2021-10-12 07:45
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为什么裂变能的应用比聚变能容易实现?

原子核是由(强相互作用)强核力把核子结合在一起的,由于强核力是自然界中最强的力,因此核能是自然界总能量密度最大的能源。由于核力的作用范围有限,仅能发生在邻近的核子之间,而电磁力是远程力每个质子之间都可以发生电磁相互作用。因此,随着原子核内质子数的增加,需要有更多的中子提供的核力才能抵御大量质子的电磁相互作用。所以,质量小的原子核中子数和质子数保持平衡,而随着原子核质量数增加,核内需要更多的中子数才能是原子核保持稳定。这就使得不同的原子核,其质子数和中子数不同,原子核的稳定性也不一样。越稳定的原子核,其平均结合能越大,单位核子的平均能量就越小。

 

1给出了自然界中一些原子核的平均结合能,可以看出:铁-56是平均结合能最大的原子核,也就是说它最稳定,当其它原子核通过反应生成铁-56时都会放出能量。因此,质量小于铁的原子核,可以通过聚变释放能量,而质量大于铁的原子核,可以通过裂变释放能量。

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1. 原子核的平均结合能随质量数的变化关系


有一些质量非常大的原子核像铀等能发生中子诱发的核裂变,生成两个中等质量的原子核,并释放出2-3个中子。这些中子又能和其它的铀核再次发生裂变反应,生成更多的中子来诱发更多的裂变。一旦能触发这种链式反应,核能就可以源源不断地被生产出来了。

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图2. 中子诱发重核裂变示意图


由轻核通过聚变释放能量就没有这么容易了,因为它不像裂变反应能产生多余的中子。如果也用中子去实现核聚变,就需要不停地向内补充中子,否则聚变反应就不能持续下去。如果不使用中子而是使用带电粒子去诱发聚变反应,这时就会有强大的库仑排斥力阻止粒子与核之间的作用,导致反应截面很小,人们必须在很高的温度下才能诱发核聚变反应。

 

综上所述,释放聚变能比释放裂变能要困难多了。这就是为什么先有原子弹,而后有氢弹,而氢弹又要使用原子弹爆炸时的高温才能被点燃,以及裂变能已经实现民用,而聚变能的民用之路还很艰辛的重要原因。


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