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1 # 艾伯史密斯
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2 # 人擇原理
氫不是最小的分子,氫是一種最基本的元素,原子核包含一個質子,氘氚是氫的同位素,也叫重氫,氘原子核包含一個質子一箇中子,氚原子核包含一個質子二箇中子。
恆星在主序星階段,聚變反應主要是在恆星核心中,質子和質子鏈式反應的過程,具體來說是氫元素聚變為氦元素的過程,氦核由二個質子和兩個中子組成,因此,一般情況下,包含一個質子的氫容易首先聚合成氘(重氫),然後兩氘核聚合成氦或氘和氚聚變成氦的同位素,而不是四個含單個質子的氫直接聚變成氦。
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3 # 侶意
氫分子不是最小的分子,還有一種特殊的分子為單原子分子,比如氦氣就是由單個氦原子構成的。氦原子或氦分子就是同一個東西,而氫分子可是兩個氫原子構成的,所以氦分子比氫分子要小。嚴格來說,氕氘氚都是氫,只不過為了區分這三種氫的同位素才這樣命名的。大家通常所說的氫,大多數情況下就是氕,因為氫中大約99.985%的氕,所以提取氘和氚才那麼難,因為丰度太低了。核聚變就要考慮難易程度了,使用氕原子也可以實現核聚變,但是需要的聚變控制條件比較高,人類只好選擇氘和氚,雖然這樣也很難實現。氘氚核聚變的缺點是會產生高能中子,容易破壞核設施的材料。使用其它核聚變燃料時,可以選擇氘和氦3反應、氦3和氦3反應,不過就和此題沒太多聯絡,就不展開了。
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4 # 火星一號
在自然界中,氫有三種同位素,分別是原子核中沒有中子的氕,原子核中有一箇中子的氘(重氫),原子核中有兩個中子的氚(超重氫)。其中氕的丰度最高,達到了99.98%。在宇宙中,恆星的發光原理是氕的核聚變反應,結果產生氦-4。而在人工核聚變中,使用的核聚變原料才是氘和氚。那麼,為什麼人類不使用丰度最高的氕來進行核聚變反應呢?
原因就在於氕的核聚變反應很難進行,而氘和氚較為容易發生核聚變反應。氕原子核就是質子,它們帶正電荷,這意味著它們會互相排斥。氕的核聚變反應是分步進行的,沒有不帶電荷的中子存在,質子很難結合在一起形成沒有束縛態的雙質子(氦-2)。就算質子結合在一起形成雙質子,它還需要經歷β+衰變產生氘、正電子和中微子,這樣才能進行接下來的核聚變反應,但發生β+衰變的機率極低。
β+衰變
只有在像太陽這樣恆星的核心區域,大量的氕原子核在極端溫度和壓力下才能更容易地發生核聚變反應。但即便如此,一個氕原子核真正完成一系列的核聚變反應仍然相當不容易,這個時間需要持續長達10億年。人類還無法實現維持氕核聚變反應的極端條件,所以這種過程現在只發生在恆星內部。
相比之下,由於氘和氚原子核中存在電中性的中子,它們更容易結合成有束縛態的氦-5。然後,氦-5又會衰變成氦-4和中子,這樣核聚變反應更容易進行下去。因此,目前的人工核聚變都是採用氘和氚。但現在人類還無法控制這種核聚變反應,諸如氫彈爆炸都是不可控的。如果未來可控核聚變被攻克了,將能解決能源問題。
此外,有答主稱,氘和氚核聚變釋放出的能量高於氕核聚變,這是不對的,看看它們的比結合能就知道了:
氕的比結合能比氘和氚都要小,所以核聚變所能產生的能量更高。氕核聚變反應的終點不是氘,而是氦-4,質子-質子鏈式反應可以釋放出相當巨大的能量。
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5 # 科學黑洞
氫有三種同位素—氕、氘、氚
大多數所說的氫多指氕,核內一個質子無中子,丰度99.98%;氘又叫重氫核內一個質子一箇中子;氚又叫超重氫核內一個質子一箇中子。自然界中以氕含量為主,含有極微量的氘,氚多被在核反應中發現。
氕含量極豐,聚變反應為什麼不用氕?太陽(恆星)在持續的發光發熱,它的能量來源就是核聚變。在極高的溫度和壓力下氕進行核聚變。人類為什麼無法用氕進行核聚變,主要原因就是氕聚變反應條件極高,人為控制核聚變條件尚無法滿足。氘和氚相對容易實現核聚變,如以下反應可連續進行。
而氕的核聚變反應想要連續進行,中間的過程控制人類無法達到,相對條件較高。
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6 # 琉荇459
用氕也是可以的,但需要的溫度和壓力比用氘氚更高,難度更大,因為氕只有一個質子不含中子,而氘和氚除了一個質子外,分別還有一個和兩個中子,顯然氘氚相互碰撞時強相互作用力會更大一些,更易於克服質子間電斥力發生聚變
回覆列表
答:“氕核”聚變會先生成“氘核”,但是“氕核”聚變釋放的能量相對少,而且氕核的聚變條件更高。從而決定了人工核聚變用“氘”和“氚”,而不用“氕”。
理論上來說,原子量比鐵小的,都可以發生聚變並釋放能量,但具體採用哪個元素,取決於實際中的可行性,主要有兩條因素:
(1)聚變的發生條件,主要是溫度和壓力,兩個條件越低,核聚變越容易發生;
(2)聚變釋放的能量,當然能量越高越好;
氫核的聚變條件氕[piē] ,氘[dāo] ,氚[chuān],是氫的三種同位素。
其中氕核就是我們平常說的氫原子,只有一個質子沒有中子,氕核可以發生核聚變,反應方程式為:
1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV;
氕核發生核聚變的條件,對壓力和溫度要求都非常高,目前人工核聚變還達不到這樣的要求。
但是對於“氘核”和“氚核”,因為原子核有中子,中子對核力的分佈產生了一定影響,使得兩者相互融合時,需要克服的勢能大大降低,表現為聚變發生所需的溫度和壓力大大降低。
氫核聚變釋放的能量“氘核”和“氚核”的聚變總方程式為:
3H+2H→4He+1n,ΔE=17.6MeV;
我們可以看到,“氘”和“氚”的聚變,釋放能量是氕核聚變的12倍,一旦聚變發生,釋放的能量能保證後續聚變的繼續發生。
正是以上兩個原因,決定人工核聚變使用“氘氚”而不用“氕”,但是恆星內部的核聚變,肯定都是從氕核開始的。
如果我們擁有足夠的氦-3,那麼利用氦-3來實現核聚變,會比“氘氚”更適合,氦-3聚變方程式為:
3He+3He→4He+2(1H),ΔE=12.860MeV;
因為沒有中子釋放,所以基本沒有核輻射,被譽為清潔核能源,這也是未來可控核聚變的原料之一。