本文目录
- 有种观点认为,太阳是一颗巨大的氢弹,内部同时进行着核裂变和核聚变反应你认为呢
- 核裂变原理是什么
- 核裂变的基本反应原理是什么
- 核聚变和核裂变听起来是两个完全相反的过程,为什么都会释放能量
- 人类已经可控核裂变了,为什么还要研究核聚变,是还不够用吗
- 太阳的核裂变、核聚变与地球的核裂变、聚变模式有哪些不一样
- 核聚变与核裂变的科学原理一样吗有什么区别
- 核聚变与核裂变有什么本质上的区别吗为什么
- 达到核裂变的条件是什么
- 核电厂发电是用核裂变还是核聚变,为什么
有种观点认为,太阳是一颗巨大的氢弹,内部同时进行着核裂变和核聚变反应你认为呢
这个观点其实只对了一小半,错了一大半。
首先,如果太阳是一颗巨大氢弹,那一下子就炸完了,你见过什么炸弹要炸100亿年的?假冒伪劣的吧?
不过太阳的内核燃烧的原理和氢弹是一样的,叫做核聚变。只不过氢弹是不可控的核聚变,但是太阳那个叫做可控核聚变。从不可控到可控差别可大了去了。人类50多年前就造出氢弹了,可是可控核聚变现在还没谱。那太阳是如何实现可控核聚变的呢?其实靠的是引力和向外的压力。
因为太阳自身的质量超级大,引力就会很大,就会向内压缩,内部的温度就会很高,直到达到点燃核聚变为止,核聚变产生的爆炸力会有向外的压力,这时候就会和引力达到动态平衡。如果向外压力大一点,中心的温度就会低,核聚变就不那么剧烈,那向外的压力机会减小,引力占主导,向内压缩,温度又上来,核聚变得猛烈一些,就使得向外压力变大。循环往复,导致太阳不会一下子像氢弹一样爆掉。
至于核裂变,这还真没有。
核裂变原理是什么
了解点皮毛,重原子核分裂成较轻的原子核,叫做核裂变。发生核裂变时会释放出巨大的能量,与核聚变释放出的能量都被称为核能,也叫原子能。
要理解核裂变,就要知道链式反应。人们为了有效利用核裂变的核能,用中子轰击铀的原子核,当一个中子轰击一个铀核时,引起铀核分裂并释放出大量能量的同时,会释放出两到三个中子,这些中子如果继续轰击其他铀核是其裂变,就可使反应持续不断的进行下去,这种反应就叫链式反应。为加深对链式反应的理解,我们可以借助火柴来形象的说明这种现象。见下图,将火柴头朝外插在竖直的泡沫塑料板上,每一根火柴上部靠近插入两根火柴,以此类推。当点燃最下面一根火柴时,就会依次引燃上面的火柴。
如果链式反应不受控制,瞬间就可完成,就是核爆炸,应用就是原子弹。
如果对链式反应进行认为的干预,使之能缓慢的释放能量,就是核反应堆。核反应堆是核电站、核动力航空母舰和核潜艇的动力设备。
核裂变的基本反应原理是什么
磁场里高速流动的物质转化为金属态氢离子,金属态氢离子的“磁力矩”相互切割聚合形成新元素的同时释放电磁波——能量(爆炸)。
裂变不会产生电磁波,裂变是为聚变提供金属态氢离子。
熱核反应质量守恒,物质不会转化成能量;链式反应是冲击波层流里高速流动的物质转化的金属态氢离子聚合的新元素反复裂解为金属态氢离子产生了连续的爆炸。
核聚变和核裂变听起来是两个完全相反的过程,为什么都会释放能量
核反应能量释放的原理在于这个公式:E=MC^2,E是能量,M是质量,C是一个常数,代表真空中的光速。这个公式表明了能量可以由质量转换得到,如何去转换呢?将这个公式稍微改变一下,变成△E=△MC^2,△符号表示差量,通过这样变化我们可以看出,质量的差量可以转化成能量并释放出来。
现在明白了吧,能量的释放主要在于质量的亏损,核聚变和核裂变之所以都能释放能量,其原理在于这两个反应的反应前后质量不对等,少的那部分质量转换成了能量。
拿两个实际的例子给你说明一下:
核裂变——原子弹
原子弹通过核裂变释放能量,利用铀元素的同位素铀235做核裂变反应,这个反应的过程是一个铀原子吸收一个中子,裂变成一个钡原子核一个氪原子,并释放三个中子。反应方程式是这样的:U235+1n→Ba142+Kr91+3n。
我们计算一下反应前后的质量:左边铀原子的质量加上一个中子的质量为236.0526u,右边钡加氪加上三个中子的质量为235.8373u,比左边少0.2153u,这就说明发生了质量亏损,这损失的质量就转换成了能量。这就是核裂变能产生能量的原因。
核聚变——氢弹
氢弹的主要原理是核聚变,利用氢元素的同位素氘、氚,通过聚合反应将氢变成氦。这个反应过程大致是这样的:首先外加能量使氘和氚聚合在一起,质子相加形成两个质子的原子核——氦,同时释放出一个中子。
反应方程式如下:2H+3H→He+1n,通过计算左右两边的质量,右边的质量大约比左边的质量少了0.0189u,这说明核聚变也发生了质量亏损,这损失的质量同样转化成了能量,所以核聚变也能产生能量。
By the way:太阳能够源源不断地发光放热也是因为太阳上一直在发生了强烈的核聚变,并且截至目前,太阳已经核聚变了40多亿年,估计还能反应50多亿年。
回到你的问题:一堆原子先聚变再裂变就会一直释放巨大的能量,是吗?
是的!事实上我们利用的核裂变的能量就是通过核聚变产生的重元素再裂变出来的,但聚变需要能量,人工合成铀元素所需要的聚变能量远远大于铀元素核裂变所释放的能量,这明显是笔亏本买卖。那这些元素是哪来的呢?答案是大自然。
铀元素的形成来自于超大质量恒星,超大质量恒星在氢核聚变反应结束之后,恒星在自身强大的万有引力的作用下向内坍塌,压缩,造成超高温、高压的环境,这样极端的环境促使了更重的元素的聚变形成,比如金、铂、铀、钚等元素,,,接着再通过宇宙中的一些高能反应比如超星星爆炸,将这些元素散播到宇宙空间中,其中一些则来到的地球。
这个过程将势能、热能等复杂的能量通过核聚变转换成了核能并储存在元素中,我们再通过核裂变将其释放出来,大致就是这么个过程。
图片来源:网络
人类已经可控核裂变了,为什么还要研究核聚变,是还不够用吗
谢邀,当然是核裂变材料不够用的了。
核裂变并不是一个取之不竭的能量来源方式,其实全世界一共探明有可开采价值的铀矿总储量只有459万吨。这些铀矿如果全部开采出来仅仅够我们现有规模的核电站再使用70-80年的时间。
也就是说,到7、80年后我们不仅仅是没有石油了,而且我们连铀矿也基本上耗光了。
而且这件事对我们还是相当重要的,中国本身已经探明的具备开采价值的铀矿储量仅仅有10万吨。在这个问题上咱们还是相当贫铀的。
所以我们现在就有大量的铀矿进口业务在做,以补充我们的产量不足。
而核聚变反应则不同,主要是用氘氚氦作为燃料。这些物质的储量可以说是一个天文数字,以氘为例子,经过计算光海水中的氘储量就达到了70多亿吨。
这才是一个在很大的时间跨度范畴内可以认为是取之不竭的能源来源。
不过先别高兴,核聚变并不是一件容易搞的事情。之前和大家说过,咱们的核聚变装置中虽然实现了5000万度的高温持续运行1000秒的记录,但是核聚变装置中近似于真空环境。
这看似很高的温度和时间其实释放出的能量仅仅相当于燃烧几十克的汽油。
这个路还得慢慢的走,也只能寄希望于在真正的能源危机之前核聚变反应堆能够搞出来。
不过——这东西真心的难搞,7、80年内如果能出成绩是一个很困难的事情。
太阳的核裂变、核聚变与地球的核裂变、聚变模式有哪些不一样
感谢邀请。
大约46亿年前,一大片原始星云受到扰动,在引力的作用下开始收缩、坍塌,中心质量越来越大,超过99.8%的质量汇聚于此,形成了现在的太阳,其余部分继续旋转、收缩,形成了各大行星和卫星。
核聚变是轻核在极高的压力和温度下,摆脱核外电子相互融合在一起的反应。
太阳内部能量的来源,只来源于聚变,并没有裂变。因为原始星云的成分几乎全部都是氢(质子),并没有其他元素,所以并不能裂变。
太阳聚集的原始星云越大其内部的压力和温度也越大,其中心的压力可以达到3300亿个大气压,极大的压力使得氢原子外的电子云结构坍塌,两个氢原子核克服斥力融合在一起形成氘核,这是太阳内部聚变反应的第一步,同时发生了质量亏损,释放出热量,紧接着氘核和氢核又被挤压到一起,发生聚变,反应生成氦3,继续放热,最后两个氦三聚变形成氦4并且放出2个中子,至此,聚变反应大约放出24.7MeV的能量。
太阳聚变每次释放的能量虽然很小,但由于太阳内部氢含量巨大,即使每秒耗掉500万吨氢气,也能反应将近100亿年,那时太阳的聚变反应将会进入下一个阶段——红巨星阶段,即使那时太阳内部依然是核聚变反应,因为依然没有裂变所需要的易裂变材料。
地球内部反应则不同,主流观点认为地球内部是核裂变反应和核衰变同时进行,不过这种观点还未被证实。
地球内部的元素比太阳要丰富的多,这些元素大多是来源于超星爆发,超星爆发时瞬间聚变生成的大量的重核向四周喷出,恒星的质量越大,超星爆发时喷出的粒子就越远,如果恒星的质量是太阳的十倍以上,喷出的重核可将粒子喷到其他星系,十倍以下太阳质量的超星爆发喷出的中核可能形成其他行星或者卫星,正式地球内部含有的中核为地球内部裂变反应提供了原料。
地球不仅接收太阳的辐射,地球内部也在发生裂变反应,从俄罗斯的钻探工程就证明了地球内部是储存有大量的热量的,非洲加蓬地区开采的铀矿石经过化验是核反应堆中“燃烧”过的铀矿石,再次证明了自然界中完全可以发生非人工的裂变反应,但这种反应不是普遍的,地壳中的裂变物质分布并不均匀,有的地区是含有长半衰期的放射性核素,也在通过核衰变放热。
今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!
核聚变与核裂变的科学原理一样吗有什么区别
核裂变是重核“铀235”产生金属态氢离子聚合形成新元素,产生电磁波——爆炸;核聚变是“氘化锂”产生金属态氢离子直接聚合形成新元素,形成电磁波——爆炸。
核聚变与核裂变有什么本质上的区别吗为什么
人类利用核能是从核裂变开始的,从费米在芝加哥大学建立人类第一个核反应堆开始,到后来美国轰炸日本的两颗原子弹,再到现在的核电站,这些都是核裂变的产物。
核裂变的原理其实并不复杂,其实就是用中子去轰击裂变材料的重原子核,这些重原子核被轰击后会分裂为二到三个轻原子核,同时还会释放出二到三个中子,这些中子又会轰击其他的重原子核,这样一来在极短的时间内就释放了巨大的能量,这种过程被称为链式反应,就好像一变二,二变四,四变八一样。
一克铀完全裂变后的能量相当于2.5吨标准煤,但是核裂变在释放巨大能量后产生的核废料有很强大辐射,所以现在世界各国都在抓紧时间研制没有核辐射的可控核聚变技术。
核聚变反应和核裂变反应刚好相反,核裂变是重原子核分裂为轻原子核,而核聚变则是让轻原子核结合成较重的原子核从而释放能量,可控核聚变的能量要比可控核裂变大的多,并且也不会产生核辐。
人类很早以前就掌握了不可控核聚变技术制造了氢弹,氢弹是内部还有一个原子弹,因为只有原子弹爆炸瞬间的高温高压才能让聚变材料成功进行核聚变,因而氢弹爆炸后是由辐射的,而现在的可控核聚变研究是利用托卡马克装置来产生高温高压从而代替原子弹的点火功能,所以未来的核聚变反应堆是没有辐射的。
其实核裂变和核聚变都属于核反应,只不过两者能量释放形式存在差异。
达到核裂变的条件是什么
核裂变(Nuclear fission),是一个原子核分裂成几个原子核的物理变化,并释能量的过程。大家耳熟能详的原子弹就是用铀235,或钚239核裂变材料制作的。
铀核裂变的产物有时裂变为氙Xe和锶Sr,有时裂变为钡Ba和氪Kr或者锑Sb和铌Nb,同时放出2~3个中子。铀核还可能分裂成三部分或四部分,不过这种情形比较少见。在这个裂变过程中,裂变材料会释放中子,质量总和会少于裂变前的质量总和,这个现象叫作质量亏损。亏损的质量会转化成能量释放,可以根据爱因思坦的质能方程E=MC^2进行计算。
核裂变材料的原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变,使过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。
核裂变也可以在没有外来中子的情形下出现,这种核裂变称为自发裂变,是放射性衰变的一种,只存在于几种较重的同位素中。不过大部份的核裂变都是一种有中子撞击的核反应,反应物裂变为二个或多个较小的原子核。
当核裂变材料达到临界质量时,核裂变材料自身衰变产生中子引发链式反应。原子弹就是根据这种原理制成了。原子核就是将两块核裂变材料,在瞬间压缩到一块,达到临界质量,产生链式反应,从而引发核裂变爆炸。
核电站和原子弹两者机制上的差异主要在于链式反应速度是否受到控制。核电站的关键设备是核反应堆,受控的链式反应就在这里进行。核电是一种新型的清洁能源,越来越多的被各国利用。
压水式反应堆图解
核裂材料是上帝赐于人们的宝物,即可以制成杀人的武器,也可以成为清洁能源,造福人类。
中国作为核大国,在核电领域处于世界的前列,核武器同样也是世界领先,中国热爱和平,向世界承诺不首先使用核心武器,但在这三种情况下,中国有权使用核武器。
第一种情况是中国的核武器和核武器基地遭遇袭击,中国有权使用核武器;第二种情况是中国的战略武器,比如航母、核潜艇、战略导弹遭遇袭击,中国有权使用核武器;第三种情况是中国本土遭遇重大袭击,比如大型水利枢纽遭遇打击的时候,中国有权使用核武器反击。如果中国遇到这三种特殊情况,可以不受到“不首先使用核武器原则“的限制,对敌人使用核武器进行反击。
中国是世界武器力量平衡的重要砝码,维护着世界的核和平!
核电厂发电是用核裂变还是核聚变,为什么
从理论上说,核反应有两种方式:聚核反应和裂核反应。
聚核反应就是氢的同位素氘(重氢)通过原子核聚合后生成氚(超重氢),故而也可称为“氘→氚聚核反应”,大家最熟悉的太阳内部就是这种聚核反应。所以我们把人类可控的“氘-氚聚核反应”又叫作“人造太阳”,这种技术还处在试验的中级阶段,到实际应用可能还需要30年左右。
裂核反应,也就是我们通常说的“原子弹”的反应方式,它是由铀或钚的原子核发生裂变(分裂)而释放出超高能量的过程。我们现在的所有核电站都是用这种核裂变能量发电的,它具有如下优点和缺点:
一、优点:
1. 核能发电不像“热电厂”那样排放大量的污染物质,如二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘等,进入大气,对环境造成严重污染。因此“核电”不会造成空气污染。
2. 由于“核电”不排放二氧化碳,所以不会加重地球温室效应。
3. “核电”所使用的铀或钚除了发电外目前还没有其他的用途,故可分担部分地球资源紧张的压力。
4. 铀或钚等核燃料的能量密度比化石燃料高几百万倍,故核燃料体积小,运输与储存都很方便,运输、储存成本低。
5. “核电”成本中,燃料成本的占比较低,它的成本主要是技术防护和安全措施成本。
二、缺点:
铀或钚等核燃料都具有强烈的放射线,所以核电厂周围或多或少都存在放射性污染,但这可以从技术上将其控制在“安全放射当量”的范围内,正常情况不会对周围生物造成较大影响。问题的关键在于“失控”后的危害是毁灭性的、长期的(至少50年以上)。
就目前的经验,其失控方式主要有如下4种:
1. 技术失败,如日本的“福岛核泄漏”所造成的危害是有目共睹的。
2. 自然灾害,如8级以上的地震、海啸、小天体撞击等,都可能对核电厂造成破坏从而造成核泄漏。如日本的“福岛核泄漏”除技术原因外,海啸也起到了推波助澜的作用。
3. 战争,当战争进入到你死我活的地步时,敌方最容易想到的就是攻击你的核电厂,一可以瘫痪你的能源系统,打击你的经济和居民正常生活;二可以引起核泄漏甚至核爆炸,直接造成你的人员伤亡和永久性危害。
4. 使用、维护不当,如俄罗斯(前苏联)的“切尔诺贝利核事故”所造成的危害也是有目共睹的。
那么,有没有既具有上述优点又可避免上述缺点的技术呢?答案是肯定的。
那就是以《喙轮全热动力发动机》为核心的、利用空气或水含太阳能的动力系统,其技术成本只有“核电”的十分之一。