可控核聚变难点在哪里?为什么要实现?

如题所述

大家都知道核反应有两种基本的反应方式,一种是重核裂变,另一种是轻核聚变。只要你学过初中物理,就会知道,原子由原子核和核外电子组成,原子核有质子和中子组成,就能够轻易理解这两种反应方式。

所谓核裂变,就是一个重的原子核分裂为多个轻的原子核,然后放出大量的能量。而核聚变,则是两个轻的原子核合成为一个重的原子核,同时也放出能量。

谈起核裂变,大家第一反应都是原子弹、核电站什么的,实际上核裂变还包括“衰变”。也就是说许多元素在自然的条件下就会发生由一个核变成多个核的反应,这并没有引起世界毁灭什么的。

但是核聚变就不一样了,核聚变的反应条件非常苛刻,可以说地球上的自然界中基本不会发生自主的核聚变反应(这里面有一个点火条件,叫做劳森判据,有兴趣的可以去查一下文献,大概描述了核聚变时间与功率的乘积要大于某一个常数)。因此,核聚变反应实现的难点就在于它苛刻的反应条件,可控核聚变的难点就在于你是否能够随意控制这苛刻的反应条件。

那核聚变反应到底需要多苛刻的条件呢?让我们首先看看宇宙中自然发现的核聚变反应吧,太阳就是一个经典的核聚变反应的例子。太阳之所以能够源源不断地向宇宙中辐射能量,原因就在于太阳的基本组成就是氢和氦,它们在不断地发生着核聚变反应。

木星的组成和太阳非常类似,也都是氢和氦,可是木星却不会发生核聚变反应。这其中的原因非常简单,太阳有巨大的质量,在引力坍缩下势能转化为内能,温度急剧升高,这就相当于一个打火机在给氢核点火,从而发生核聚变反应——木星虽然也发生引力坍缩,但是升高的温度还不足以发生核聚变反应。

可控核聚变也叫做“热核反应”,实现的温度大约需要1400万到1亿开尔文。要随心所欲控制这么高的温度,是非常艰难的。如此高的温度,一方面如何金属容器都会熔化,所以需要用磁场来做约束,这叫做托克马克装置。另外一方面,能点火并不一定能实用:需要输入的功率小于放出的功率才有意义(吃进去少,干活多,才有价值呀)。总之,这个问题就是很难的。

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第1个回答  2021-05-16

想离开太阳系,并非一定要实现可控核聚变,其实我们还有一条捷径

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