核聚变和核裂变的区别李老师(核聚变与核裂变的区别)

本篇文章无忧网将为大家介绍核聚变和核裂变的区别李老师(核聚变与核裂变的区别)，下面一起来详细了解一下吧。

核聚变和核裂变有什么区别？我们知道氢弹爆炸的威力是非常大的，一颗氢弹相当于一门枪的威力，所以氢弹的威力是非常巨大的。而且它的威力虽然不如氢弹那么强大，但破坏力却不容小觑。因此，两种武器同时使用的话，结果必然是不同的。如果是核武器，就会产生大量放射性物质，污染环境，破坏生态平衡。

20世纪30年代，物理学家做出了改变人类历史的重大发现。当原子核“分裂或融合”时，它们会释放出惊人的能量。

核裂变的发现

1938年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击轴突核的实验中发现产物中含有原子序数为56的元素钡。奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释：铀原子核在受到中子轰击后分裂成两块质量相似的碎片（图）。

弗里希借用细胞分裂的生物学术语，将这种核反应命名为核裂变。

铀核裂变的产物多种多样。典型的铀核裂变产生钡和氪（铀236是中间过程，不稳定），并同时释放3个中子。核反应方程为

2352U1n1BaKr31n

核裂变时释放的中子数量不同，中子的速度也不同。以铀235为例，核裂变时会产生两个或三个中子。如果这些中子继续与其他铀235反应并引起新的核裂变，则核裂变反应可以继续进行下去（图）。

重核裂变产生的中子使核裂变反应一代又一代地持续下去的过程，称为核裂变链式反应。

铀块的大小是链式反应能否进行的重要因素。原子核的体积很小，原子内部的间隙很大。如果铀块不够大，当中子穿过铀块时，很可能中子不会接触到铀核而走到轴块之外，链式反应就无法继续进行。只有当铀块足够大时，核裂变产生的中子才有足够高的概率撞击到某个铀核，使链式反应继续进行。通常，核裂变物质能够发生链式反应的最小体积称为其临界体积，相应的质量称为临界质量。

中国科学家钱三强和何泽辉在1947年的实验中发现，铀原子核也可能分裂成三部分或四部分，其概率约为分裂成两部分概率的1/300和1/5000。这项研究成果得到了广泛的认可和好评。铀核裂变发生时，如果产物不同，释放的能量也不同。如果铀235核裂变释放的能量按200MeV估算，1公斤铀235完全裂变释放的能量相当于2800吨标准煤完全燃烧时释放的化学能！

1吨标准煤燃烧时，放出热量2.9310010J。

反应堆和核电站

原子核的链式反应也可以在人工控制下进行。这样，释放的核能就能服务于人类的和平建设。事实上，在第一个核能制造出来之前，科学家们就已经实现了核能的受控释放。 1942年，意大利裔美国物理学家费米主持建立了世界上第一台名为“核反应堆”的装置，首次实现了通过可控链式反应释放核能。

图为目前常用的“热中子（慢中子）”核反应堆示意图。

事实上，中子的速度不能太快，否则会“穿过”235轴，铀核无法“抓住”它，核裂变就无法发生。实验表明，中子的速度与热的速度相当，最适合引发核裂变。这种中子是“热中子”，或慢中子。然而，核裂变产生的快中子速度非常高，因此需要设法减慢快中子的速度。为此，在铀棒周围放置了“慢化剂”。快中子与慢化剂中的原子核碰撞后，中子的能量降低，变成慢中子。常用的减速剂有石墨、重水和普通水（也称轻水）。

为了调节中子数量来控制反应速率，在铀棒之间还需要一些镉棒。镉具有很强的吸收中子的能力。当反应太激烈时，将镉棒插得更深，让它吸收更多的中子，链式反应就会变慢。这种镉棒称为控制棒。

热中子反应堆的核燃料为铀棒，成分为天然铀或浓缩铀（铀235含量占2%4%）。

核燃料的核裂变释放的能量提高了反应区的温度。水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环，传递反应堆内部的热量，同时发电并冷却反应堆。

重水是由两个氘原子和一个氧原子形成的化合物。其化学性质与普通水相同，但其分子质量比普通水大。

如图所示，

反应堆释放的热量将水变成蒸汽，高温高压蒸汽驱动汽轮发电机发电。该部分的工作原理与火力发电站相同。

第一回路中的水被泵入反应堆，核反应释放的热量使水在通过堆芯时内能增加，水温升高。进入热交换器后，热量传递给第二回路中的水，然后被泵回反应器。

在换热器中，第二回路中的水被加热，产生高温高压蒸汽，驱动汽轮机。

在核电站中，只要“燃烧”一枝核燃料，所释放的能量相当于10吨标准煤完全燃烧所释放的热量。一座百万千瓦核电站每年仅消耗集中轴约30吨，而同等功率的火电厂每年燃烧煤炭2.510t！

建设核电站时，应特别注意防止辐射和放射性物质的泄漏，避免辐射对人体的危害以及放射性物质对水源、空气和工作场所造成的放射性污染。为此，需要在反应堆外部建造非常厚的水泥层，以屏蔽裂变产物发出的各种射线。核反应堆中的核废料具有高放射性，需要装入特殊容器中并深埋在地下。

核聚变

两个轻核聚变成一个更大的核称为核聚变。如图所示，

氘核和氚核聚合成氦核，同时释放出中子，释放出17.6 MeV的能量。每个原子核释放的平均能量在3 MeV以上，比核裂变反应中每个原子核释放的平均能量大3倍。 4次。此时的核反应方程为

一种方法是将它们加热到非常高的温度。当物质的温度达到几百万开尔文时，剧烈的热运动使一些原子核有足够的动能来克服库仑斥力，它们碰撞时彼此非常接近，从而产生核聚变。因此，核聚变也称为热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界的能量，自身产生的热量就会使反应继续进行。

事实上，热核反应在宇宙中无时无刻不在发生，而太阳就是一个巨大的热核反应堆（图）。

太阳的主要成分是氢。太阳中心温度达到1.610K。在如此高的温度下，氢原子核变成氨原子核的聚变反应仍在继续，不断释放能量。太阳每秒辐射的能量约为3.810J，相当于1000亿亿吨。

煤炭燃烧释放的能量大约有十亿分之一被地球吸收。现在地球消耗的能量大部分来自于太阳，即太阳内部核聚变时释放的核能。

在“核燃烧”过程中，太阳的“重量”不断减轻。每秒有7亿吨原子核参与反应。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”可以持续数十亿年。当然，相对于人类的历史来说，这个时间是非常非常长的！太阳的寿命是50亿年。

目前，人工产生的热核反应主要应用于核武器，即氢弹。氢弹原理如图所示。

首先由化学气体引爆，然后由气体爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。

此外，人们一直在尝试实现可控的人工核聚变，然后将核聚变的能量利用起来。核聚变比核裂变有许多优点。首先，光核聚变的能量效率高，也就是说，相同质量的核燃料可以在反应中产生更多的能量。其次，核聚变燃料氘和氚在地球上储量丰富。第三，轻核聚变变得安全、清洁。

然而，核聚变所需的温度非常高，地球上没有任何容器能够承受如此高温。这构成了实现受控核聚变的一大困难。为了解决这个问题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。

磁约束当带电粒子运动时，由于均匀磁场中的洛伦兹力，它们不会飞散。因此，可以利用磁场来限制参与反应的物质，这就是磁约束。如图所示，

循环器（即托卡马克，音译为托卡马克）是目前最好的磁约束装置。图片

它就是中国科学院的循环器装置EAST。

惯性约束利用核聚变物质的惯性进行约束。在惯性约束下，可以利用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射反应物质，使它们“挤压”在一起发生反应。由于核聚变反应的时间很短，被“挤压”在一起的核聚变物质由于自身的惯性，还没来得及扩散就完成了核反应（图）。

在我国，中国工程物理研究院等单位已建成“神光三号”激光约束聚变研究装置。总体而言，实现受控核聚变还有很长的路要走。

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