核聚變是化學(xué)變化嗎

【專家解說】：

核聚變反應(yīng)主要借助氫同位素。核聚變不會(huì)產(chǎn)生核裂變所出現(xiàn)的長(zhǎng)期和高水平的核輻射，不產(chǎn)生核廢料，當(dāng)然也不產(chǎn)生溫室氣體，基本不污染環(huán)境。那么核聚變是化學(xué)變化嗎？

　　核聚變是化學(xué)變化嗎

　　化學(xué)反應(yīng)是指原子核不變的情況下所進(jìn)行的反應(yīng),有新的物質(zhì)生成。核反應(yīng)是核裂變,核聚變,是元素內(nèi)部的原子核的反應(yīng),沒有新物質(zhì)的生成,所以應(yīng)屬于物理反應(yīng),不屬于化學(xué)反應(yīng)。核反應(yīng)是原子核受到外來粒子的影響發(fā)生了裂變或聚變，主要的變化在原子核內(nèi)，而化學(xué)變化主要是核外電子的得失。

　　1. 核聚變反應(yīng)

　　聚變時(shí)則由較輕的原子核聚合成較重的原子核而釋出能量。最常見的是由氫的同位素氘和氚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(gè)重大優(yōu)點(diǎn)。一是地球上蘊(yùn)藏的核聚變能遠(yuǎn)比核裂變能豐富得多。據(jù)測(cè)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(yùn)藏的核聚變能約為蘊(yùn)藏的可進(jìn)行核裂變?cè)厮茚尦龅娜亢肆炎兡艿?000萬倍，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。

　　2.可控核聚變反應(yīng)

　　可控核聚變是指人們可以控制核聚變的開啟和停止，以及隨時(shí)可以對(duì)核聚變的反應(yīng)速度進(jìn)行控制。或者說，最簡(jiǎn)單地比喻就是，同樣是可燃燒物質(zhì)，火藥可以用來做成炸彈，因?yàn)橹皇抢闷涓吣芰克查g爆發(fā)的破壞性；同時(shí)也可以摻點(diǎn)雜質(zhì)，做成蜂窩煤，使其可以當(dāng)做一個(gè)煤爐子來緩慢釋放能量，想讓它燒就燒，想讓它滅就滅，秘訣就在蜂窩煤爐子的爐門上。將這個(gè)蜂窩煤爐子的燃料換成核燃料，燒上開水，讓開水變成蒸汽去推動(dòng)輪機(jī)發(fā)電，就成了一個(gè)當(dāng)今的核電站的基本原理雛形了。

　　相比可控核裂變來講，可控核聚變的優(yōu)勢(shì)在于：

　　1.原料易得，核聚變的原料是重水，可以直接從海水中提煉，并且地球中儲(chǔ)量極大。

　　2.核聚變的過程及其產(chǎn)物均不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，亦不會(huì)造成核泄漏的危害。

　　那么將這個(gè)煤爐子里的燃料從核燃料換成核聚變的原料的最大的麻煩在哪里？

　　就在于其反應(yīng)條件。核裂變需要的反應(yīng)條件很弱，天然的鈾礦在常溫的自然條件下就可以發(fā)生衰變。但是相比于核裂變過程來講，核聚變最麻煩的反應(yīng)條件就是--需要瞬間上億度的高溫才能引起核聚變反應(yīng)。而如此高的溫度是用傳統(tǒng)加熱方法所無法達(dá)到的。

　　3.核聚變技術(shù)原理與應(yīng)用

　　1954年，蘇聯(lián)制造了一臺(tái)利用磁約束來控制核聚變的設(shè)備，命名為托卡馬克（Tokimak）。它采用超導(dǎo)線圈，將會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)烈的螺旋型磁場(chǎng)，將其中的高溫等離子體約束住，并與外界盡可能地絕熱。這種設(shè)計(jì)思路在1958年的“和平利用原子能”會(huì)議上公開后，各國紛紛仿效，建立起自己的托卡馬克裝置。1968年，蘇聯(lián)的T－3托克馬克獲得了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他設(shè)備的性能，更進(jìn)一步奠定了這種裝置廣泛使用的基礎(chǔ)。

　　目前研究者們關(guān)注的主流核聚變技術(shù)是氘氚反應(yīng)。氘可以從海水中提取，而氚也可以很容易地通過用中子和鋰金屬反應(yīng)來得到。地球上存在的原材料足夠讓人們用上數(shù)十萬年，而它能夠產(chǎn)生的超級(jí)能量，讓其單位成本幾乎為零。這樣的優(yōu)勢(shì)足以讓人們對(duì)受控核聚變技術(shù)投入巨資，而這還不是最理想的核聚變反應(yīng)方式--就在我們舉目所及之處，還有著幾乎取之不盡的豐富寶藏：氦3，它不僅可以發(fā)電，還可以將人類的足跡印在更遠(yuǎn)的星體上。

　　氦3是氦氣的同素異形體，它是目前最理想的核聚變?cè)?，而月球、土星和火星上的?含量高得足以令人雀躍。當(dāng)氘和氦3聚變反應(yīng)時(shí)，幾乎不會(huì)產(chǎn)生輻射污染，而釋放出的帶正電的質(zhì)子可以直接用來推進(jìn)宇航器前進(jìn)。當(dāng)使用核聚變推進(jìn)器時(shí)，從地球到火星的航程只需三個(gè)月時(shí)間，將會(huì)比傳統(tǒng)的推進(jìn)器快上一倍。

　　受控核聚變技術(shù)的成功，將意味著無限能源和太空探索新時(shí)代的到來。人類將不再受到能源的束縛，也可以在星際探索的道路上走得更遠(yuǎn)。而這一切，有望在未來的數(shù)十年之內(nèi)變成現(xiàn)實(shí)。