什么是核巨變？

【專家解說】：核聚變的定義： 核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核，叫核裂變，如原子彈爆炸；如果是由輕的原子核變化為重的原子核，叫核聚變，如太陽發(fā)光發(fā)熱的能量來源。 相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環(huán)境問題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。 目前人類已經(jīng)可以實現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規(guī)模，實現(xiàn)持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出。科學(xué)家正努力研究如何控制核聚變，但是現(xiàn)在看來還有很長的路要走。 目前主要的幾種可控核聚變方式： 超聲波核聚變 激光約束（慣性約束）核聚變 磁約束核聚變（托卡馬克） 核聚變的另一定義 比原子彈威力更大的核武器—氫彈，就是利用核聚變來發(fā)揮作用的。核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。只有較輕的原子核才能發(fā)生核聚變，比如氫的同位素氘(dao)、氚(chuan)等。核聚變也會放出巨大的能量，而且比核裂變放出的能量更大。太陽內(nèi)部連續(xù)進行著氫聚變成氦過程，它的光和熱就是由核聚變產(chǎn)生的。 核聚變能釋放出巨大的能量，但目前人們只能在氫彈爆炸的一瞬間實現(xiàn)非受控的人工核聚變。而要利用人工核聚變產(chǎn)生的巨大能量為人類服務(wù)，就必須使核聚變在人們的控制下進行，這就是受控核聚變。 實現(xiàn)受控核聚變具有極其誘人的前景。不僅因為核聚變能放出巨大的能量，而且由于核聚變所需的原料——氫的同位素氘可以從海水中提取。經(jīng)過計算，1升海水中提取出的氘進行核聚變放出的能量相當(dāng)于100升汽油燃燒釋放的能量。全世界的海水幾乎是“取之不盡”的，因此受控核聚變的研究成功將使人類擺脫能源危機的困擾。 但是人們現(xiàn)在還不能進行受控核聚變，這主要是因為進行核聚變需要的條件非?？量?。發(fā)生核聚變需要在1億度的高溫下才芙?，因磾\紙腥群朔從?。可翼嶋象，脫]惺裁床牧夏芫艿悶?億度的高溫。此外還有許多難以想象的困難需要去克服。盡管存在著許多困難，人們經(jīng)過不斷研究已取得了可喜的進展。科學(xué)家們設(shè)計了許多巧妙的方法，如用強大的磁場來約束反應(yīng)，用強大的激光來加熱原子等?？梢灶A(yù)計，人們最終將掌握控制核聚變的方法，讓核聚變?yōu)槿祟惙?wù)。 利用核能的最終目標是要實現(xiàn)受控核聚變。裂變時靠原子核分裂而釋出能量。聚變時則由較輕的原子核聚合成較重的較重的原子核而釋出能量。最常見的是由氫的同位素氘（讀"刀"，又叫重氫）和氚（讀"川"，又叫超重氫）聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。 核聚變較之核裂變有兩個重大優(yōu)點。一是地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。據(jù)測算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍，可以說是取之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。 第二個優(yōu)點是既干凈又安全。因為它不會產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是干凈的。同時受控核聚變反應(yīng)可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進行，所以是安全的。 目前實現(xiàn)核聚變已有不少方法。最早的著名方法是"托卡馬克"型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產(chǎn)生的強大磁場，把等離子體約束在很小范圍內(nèi)以實現(xiàn)上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近于成功，但要達到工業(yè)應(yīng)用還差得遠。按照目前技術(shù)水平，要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。 另一種實現(xiàn)核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發(fā)，受它的反作用，球面內(nèi)層向內(nèi)擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束），就像噴氣飛機氣體往后噴而推動飛機前飛一樣，小球內(nèi)氣體受擠壓而壓力升高，并伴隨著溫度的急劇升高。當(dāng)溫度達到所需要的點火溫度（大概需要幾十億度）時，小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過程時間很短，只有幾個皮秒（1皮等于1萬億分之一）。如每秒鐘發(fā)生三四次這樣的爆炸并且連續(xù)不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當(dāng)于百萬千瓦級的發(fā)電站。 原理上雖然就這么簡單，但是現(xiàn)有的激光束或粒子束所能達到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術(shù)上的問題，使慣性約束核聚變?nèi)允强赏豢杉暗摹? 盡管實現(xiàn)受控?zé)岷司圩內(nèi)杂新L艱難的路程需要我們征服，但其美好前景的巨大誘惑力，正吸引著各國科學(xué)家在奮力攀登。 補充內(nèi)容： 每克氘聚變時所釋放的能量為5.8×108kJ，大于每克U－235裂變時所釋放的能量（8.2×107KJ）。從能源的角度考慮，核聚變有幾個方面比核裂變優(yōu)越：其一，聚變產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核，沒有放射性污染產(chǎn)生，沒有難于處理的廢料；其二，聚變原料氘的資源比較豐富，在海水中氘和氫之比為1.5×10-4∶1，地球上海水總量約為1018噸，其中蘊藏著大量的氘，提煉氘比提煉鈾容易得多。遺憾的是這個聚變反應(yīng)需要非常高的溫度，以克服兩個帶正電的氘核之間的巨大排斥力（從理論計算，要克服這種庫侖斥力需要109℃的高溫）。氫彈的制造原理，就是利用一個小的原子彈作為引爆裝置，產(chǎn)生瞬間高溫引發(fā)上述聚變反應(yīng)發(fā)生強烈爆炸。氫元素的幾種同位素之間能發(fā)生多種聚變反應(yīng)，這種變化過程存在于宇宙之間，太陽輻射出來的巨大能量就來源于這類核聚變。但我們目前尚沒有辦法在地球上利用這類核聚變發(fā)電，怎樣能取得這樣高的溫度？用什么材料制造反應(yīng)器？怎樣控制聚變過程等各種問題尚無答案。