题目

为什么轻核聚变释放的能量比重核裂变大?

提问时间：2020-08-03

答案

核聚变是使很轻的原子核在异常高的温度下合并成较重的原子核的反应.这种反应进行时放出更大的能量.以:氘(原子量为:2,中子量为1; )和氚(原子量为3,中子量为2)核的巨变反应为例:
氘+氚=氦+中子
注:上面公式因复制不到,只能用文字表示.
根据公式 ΔE=Δmc2(是2的平方)
以氘,氚,氦,中子的摩尔质量分别为2.01355,3.01550,4.00150
和1.00867g·mol-1,所以
Δm=｛（4.00150＋1.00867）-（2.01355＋3.01550） ｝g·mol-1
＝-0.01888g·mol-1
ΔE＝Δmc2＝（-0.01888g·mol-1）×（2.9979×108m·s-1）2
＝-1.697×1015g·m2·s-2mol-1
＝-1.697×109kJ·mol-1
对于1.000g的核燃料来说,因H-2和H-3的摩尔质量分别为2.014和3.016g·mol-1,所以
E1-E2=1.697x10_9(10的9次方)x{1.000g除以(2.014+3.016)}g·mol-1= -3.37x10_8(10的次方)千焦
比1g U-235的裂变能（8×107kJ）还要大.即1g燃料核聚变所产生的能量约为核裂变相应能量的4倍.
核聚变反应也称为热核反应.氢弹爆炸也是热核反应.不过,氢弹的能量不是逐步放出来的,而是以爆炸的形式一下子放出来的.所以,利用这些能量就很不容易.如果能够控制核聚变反应,使能量逐步释放出来.那么,就可以利用核聚变能来发电,这就是受控核聚变反应.
实现受控核聚变反应,先要将氘、氚等核燃料加热到很高的温度（大约要1亿度以上）,在这样高的温度下,氘、氚等气体原子将全部发生电离,变成带正电的离子和带负电的自由电子,这种由离子和电子组成的气体称为等离子体.等离子体的温度越高,密度越大,约束时间（维持高温的时间）越长,放出的能量就越多.当温度达到临界时,放出的能量足以加热下一次添加的氘氚燃料,聚变反应就可以持续下去,这时就称为受控核聚变的“点火”.载:生命经纬 > 交叉研究 > 生物物理学