[原创] 关于核裂变 核聚变 链式反应的名词简释

宇声星空22021-05-17 15:00 33773  0  0关于核裂变 核聚变 链式反应的名词简释

核裂变氢气和氧气反应变成水是一种化学变化，水遇冷凝结成冰是一种物理变化。但在这些变化中，组成水的氢原子和氧原子的原子核都未发生变化。其实原子核也可以发生变化，那就是核裂变和核聚变。核裂变是原子核的一种运动形态，是一个原子核分裂成几个原子核的变化。如铀235的原子核在接收一个中子后，分裂为二，同时放出两个中子，并发出能量。放出的中子击破旁边两个原子核，放出4个新的中子，同时又使其他铀核裂变……，直到整块铀卷入，时间极短，能量巨大。这种反应也称为链式反应。核裂变发现于1938年，哈恩、斯特拉斯曼等用中子束轰击铀的产物，出现中等质量的原子核，并放出大量能量。并于第二次世界大战后期首先应用于制造原子弹，以促成战争尽早结束。战后各国广泛利用核裂变产生的巨大能量为人类造福。核电站就是在原子核反应堆中利用可控核裂变释放的能量来发电的。自1954年苏联建成世界上第一个核电站以来，现在世界上已有400多座。我国已建成浙江海盐秦山核电站和广东深圳大亚湾核电站。

核聚变太阳自诞生50亿年来，一刻不停地放射出光和热。这光和热的来源就是太阳内部连续进行的氢聚变为氦的过程。每秒钟，6亿吨质量的氢经过核聚变反应转变为5.96亿吨的氦，并释放出400万吨氢的能量。而其中只有22亿分之一到达地球，经大气层反射和吸收后，只剩下一半传至地面，但总量已相当于全球发电总功率的10万倍。核聚变的过程与核裂变相反，是由几个原子核聚变合成一个原子核，比核裂变放出的能量还要大得多。目前，人们已试验出氢弹，爆炸能力是原子弹的500倍，实现了非受控的人工核聚变。而利用核聚变的巨大能量在控制下进行，服务于人类，这就是受控核聚变。 1千克氢的同位素氘通过聚变反应释放的能量，相当于860万千克汽油产生的能量。而由氘结成的水叫重水，约占海洋水含量的1/6000，足够使用几十亿年，是取之不尽的能源宝库。

链式反应链式反应是一种很常见的现象。例如一张纸的燃烧就是一种链式反应。火柴提供了开始燃烧所必需的热量，但燃烧一旦开始，只要条件合适，燃烧的纸本身就能提供继续燃烧所需要的更多热量，把火焰散布开。这就是说，燃烧本身就能使燃烧的规模扩大。“星火燎原”亦是此类现象。在原子核裂变被发现之前，人们大多把原子能的取得当作遥远不可及的幻想，甚至认为那是根本不可能的事情。就连卢瑟福这样伟大的科学家也曾在1933年公开断言说，利用原子能作为能源是妄想。但是仅仅三年多之后的1937年，德国科学家哈恩、施特拉斯曼和奥地利女物理学家迈特纳，合作研究用中子轰击铀后出现的产物，发现有三种放射性同位素的化学性质与钡元素相似，认定铀在吸收中子后生成的放射性物质是钡的同位素，确信铀在吸收中子后分裂成为两个新的原子核。他们把这种现象称之为原子核的裂变，并估算出铀原子核裂变时放出的能量，比煤燃烧时所释放的能量大5000万倍！1939年1月27日，玻尔在华盛顿理论物理学会议上通报了发现核裂变这一消息。会议变成了讨论核裂变的专题会议。甚至有人当即回到自己的实验室去，检验这一重要的发现，几个小时后，便在几个实验室得出了完全一致的肯定的结果。裂变在数小时内得到了世界公认。人们眼前骤然出现了一片全新的景观，应用原子能的可能性已经来临了。有人猜测，如果裂变的铀核能放出一个以上中子，这些中子又能再次引起附近铀核的裂变，如此继续下去，那不就可得到雪崩般的链式反应了吗？一个多月以后，世界各地许多实验室的科学家都陆续证实了原子核裂变的链式反应完全可以实现，而且速率极高，两次反应的时间间隔只有50万亿分之一秒。这意味着，只要供裂变反应用的铀块体积足够大，使裂变开始后自身产生的中子在逃逸出铀块表面之前能撞击到另一个铀原子核，链式反应就会发生。人类利用原子能时代终于到来了。遗憾的是，裂变链式反应的成果却首先用于战争。

以上摘自胡豫生主编《新世纪少年百科知识博览·天地自然》，其中《微观结构》部分词条由胡豫生、王金珧、侯金平撰写。链接核裂变和核聚变核聚变，又称核融合，是指由质量小的原子，比方说氘和氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E=mc²，原子核之静质量变化（反应物与生成物之质量差）造成能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，称为核裂变，如原子弹爆炸；如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核，称为核聚变，如恒星持续发光发热的能量来源。相比核裂变，核聚变的放射性污染等环境问题少很多。如氘和氚之核聚变反应，其原料可直接取自海水，来源几乎取之不尽，因而是比较理想的能源取得方式。目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出；而触发核聚变反应必须消耗能量，因此人工核聚变的能量与触发核聚变的能量要到达一定的比例才能有经济效应。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。目前主要的几种可控制核聚变方式：超声波核聚变、激光约束（惯性约束）核聚变、磁约束核聚变（托卡马克）。2005年，部份科学家相信已经成功做出小型的核聚变，并且得到初步验证。首个实验核聚变发电站将选址法国。核聚变就是小质量的两个原子合成一个比较大的原子，核裂变就是一个大质量的原子分裂成两个比较小的原子，在这个变化过程中都会释放出巨大的能量,前者释放的能量更大。世界上的每一种物质都处于不稳定状态，有时会分裂或合成，变成另外的物质。物质无论是分裂或合成，都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦原子，就叫核聚变，太阳就是依此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的，目前的核电站也是利用核裂变而发电。核裂变虽然能产生巨大的能量，但远远比不上核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射，伤害人体，而且遗害千年的废料也很难处理，核聚变的辐射则少得多，核聚变的燃料可以说是取之不尽，用之不竭。核聚变要在近亿度高温条件下进行，地球上原子弹爆炸时可以达到这个温度。用核聚变原理造出来的氢弹就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热，来触发核聚变起燃器，使氢弹得以爆炸。但是，用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆炸，却不适用于核聚变发电，因为电厂不需要一次惊人的爆炸力，而需要缓缓释放的电能。关于核聚变的“点火”问题，激光技术的发展，使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能。目前，世界上最大激光输出功率达100万亿瓦，足以“点燃”核聚变。除激光外，利用超高额微波加热法，也可达到“点火”温度。世界上不少国家都在积极研究受控热核反应的理论和技术，美国、俄罗斯、日本和西欧国家的研究已经取得了可喜的进展。