核聚变和核裂变方程式

　　导语：核聚变和核裂变是两个相反的过程，那么核聚变和核裂变方程式分别是：核聚变：21H+31H=10n+42He核裂变典型的有235U+n→236U→135Xe+95Sr+2n235U+n→236U→144Ba+89Kr+3n聚变反应式:氘(H)+氘(带一个中子和一个质子的氢原子,质量为二,打不出来,见谅)=氦(He)+热量;裂变反应式:铀238(U,原子序数92)+中子(n,一个)=钍232(Th,原子序数90)+中子(n,三个)+热量。

　　核聚变和核裂变方程式

　　核聚变反应的方程式：21H+31H=10n+42He

　　核裂变典型的有

　　235U+n→236U→135Xe+95Sr+2n

　　235U+n→236U→144Ba+89Kr+3n

　　核裂变反应：当热中子(它的动能跟常温下气体分子的动能差不多)进入一些具有奇数中子的重原子核(23592U，23392U，23994Pu)内时，裂变就可能发生。重核分裂时产生两个较小的核和两个或更多个中子

　　(23592U平均产生2.5个中子)以及许多能量。典型的核裂反应如有：

　　23592U 10n-→14156Ba 9236Kr 310n 能量 23592U 10n-→10342Mo 13150Sn 210n 能量 式中10n是中子。

　　从上面的核反应方程来看，同一种核可能不只按一种方式分裂。裂变产物如14156Ba和9236Kr还能放射β粒子(0-1e)和γ射线(00γ)，直到最后变成稳定的同位素。

　　14156Ba-→0-1e 00γ 14157La 9236Kr-→0-1e 00γ 9237Rb

　　这些反应的产物还能继续放出β粒子，在几个步骤之后，变成稳定的同位素，分别为14159Pr和9040Zr。

　　除了重原子核铀235、钚239等的裂变能释放核能外，还有另一种核反应，即轻原子核(氘和氚)结合成较重的原子核(氦)时也能放出巨大能量。核聚变的原理是：在标准的地面温度下，物质的原子核彼此靠近的程度只能达到原子的电子壳层所允许的程度。因此，原子相互作用中只是电子壳层相互影响。带有同性正电荷的原子核间的斥力阻止它们彼此接近，结果原子核没能发生碰撞而不发生核反应。要使参加聚变反应的原子核必须具有足够的动能，才能克服这一斥力而彼此靠近。提高反应物质的温度，就可增大原子核动能。因此，聚变反应对温度极其敏感，在常温下其反应速度极小，只有在1400万到1亿度的绝对温度条件下，反应速度才能大到足以实现自持聚变反应。所以这种将物质加热至特高温所发生的聚变反应叫作热核反应，由此做成的聚变武器也叫热核武器。要得到如此高温高压，只能由裂变反应提供。

　　热核材料: 核聚变反应一般只能在轻元素的原子核之间发生，如氢的同位素氘和氚，它们原子核间的静电斥力最小，在相对较低的温度(近千万摄氏度)即可激发明显的聚变反应生成氦，而且反应释放出的能量大，一千克聚变反应装药放出的能量约为核裂变的七倍。但在热核武器中不是使用在常温下呈气态的氘和氚。氘采用常温下是固态化合物的氘化锂，而氚则由核武器进行聚变反应过程中由中子轰击锂的同位素而产生。1942年，美国科学家在研制原子弹过程中，推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃氢核引起聚变，并以此制造威力比原子弹更大的超级弹。1952年1月，美国进行了世界上首次代号“迈克”的氢弹原理试验，爆炸威力超过1000万吨当量，但该装置以液态氘作热核材料连同贮存容器和冷却系统重约65吨，不能作为武器使用，直到固态氘化锂作为热核装料的试验成功，氢弹的实际应用才成为可能。中国于1966年12月28日成功进行了氢弹原理试验，1969年6月17日由飞机空投的300万吨级氢弹试验圆满成功。

　　核聚变和核裂变方程式

　　核聚变反应主要借助氢同位素.核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射,不产生核废料,当然也不产生温室气体,基本不污染环境.利用核能的最终目标是要实现受控核聚变.裂变时靠原子核分裂而释出能量.聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的较重的原子核而释出能量.最常见的是由氢的同位素氘(读"刀",又叫重氢)和氚(读"川",又叫超重氢)聚合成较重的原子核如氦而释出能量.核聚变较之核裂变有两个重大优点.一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多.据测算,每升海水中含有0.03克氘,所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘.1升海水中所含的氘,经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量.地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍,可以说是取之不竭的能源.至于氚,虽然自然界中不存在,但靠中子同锂作用可以产生,而海水中也含有大量锂.第二个优点是既干净又安全.因为它不会产生污染环境的放射性物质,所以是干净的.同时受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行,所以是安全的.目前实现核聚变已有不少方法.最早的著名方法是"托卡马克"型磁场约束法.它是利用通过强大电流所产生的强大磁场,把等离子体约束在很小范围内以实现上述三个条件.虽然在实验室条件下已接近于成功,但要达到工业应用还差得远.按照目前技术水平,要建立托卡马克型核聚变装置,需要几千亿美元.另一种实现核聚变的方法是惯性约束法.惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体,装入直径约几毫米的小球内.从外面均匀射入激光束或粒子束,球面因吸收能量而向外蒸发,受它的反作用,球面内层向内挤压(反作用力是一种惯性力,靠它使气体约束,所以称为惯性约束),就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样,小球内气体受挤压而压力升高,并伴随着温度的急剧升高.当温度达到所需要的点火温度(大概需要几十亿度)时,小球内气体便发生爆炸,并产生大量热能.这种爆炸过程时间很短,只有几个皮秒(1皮等于1万亿分之一).如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去,所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站.原理上虽然就这么简单,但是现有的激光束或粒子束所能达到的功率,离需要的还差几十倍、甚至几百倍,加上其他种种技术上的问题,使惯性约束核聚变仍是可望而不可及的.反应的方程式：21H+31H=10n+42He 前面的是上标,后面的是下标

　　核裂变链式反应,正确的说是慢中子裂变核反应.这种反应于1938年发现,费米提出慢中子促进裂变反应(当然,需要一定的反应截面).这是专业背景.

　　关于LZ说的“要实现核裂变链式反应必须解决的关键问题是什么”,应该指可控核裂变链式反应,由于当前物理学界在核反应的基本物理机制以及能量来源方面的完全空白,目前可控的核反应堆的基础技术只是来源于1943年的工程技术.

　　事实上核裂变反应在自然界中大量存在,普通的放射性核元素,其衰变过程,就是核裂变反应.

　　核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀、钍等才能发生核裂变。这些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。原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量称为原子核能，俗称原子能。1克铀235完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。比原子弹威力更大的核武器是氢弹，就是利用核聚变来发挥作用的。

　　核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘、氚等。核聚变也会放出巨大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成氦过程，它的光和热就是由核聚变产生的。

　　我们知道，原子是构成物质的微粒之一。它由原子核和核外电子构成，其中原子核又由质子和中子构成。根据原子核变化情况的不同，可分为三种类型：核裂变、核聚变和核衰变。

　　一、三种类型的概念

　　衰变：指原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化过程。放出α粒子的衰变叫做α衰变;放出β粒子的衰变叫做β衰变。如：

　　裂变：指重核分裂成两个或几个质量相差不大的部分的过程。如：

　　聚变：指较轻原子核聚合成较重原子核的核反应过程。

　　二、三种类型的能量释放

　　由爱因斯坦质能方程△E=△mc2可知，物体具有的能量跟它的质量之间存在着简单的正比关系，物体的质量和能量在一定条件下是可以相互转化的。如果原子核反应后的总质量小于反应前的总质量，则减小的质量将变为能量释放出来。在核的裂变、聚变和衰变中，由于有质量的损失，所以都有一定能量放出。但是，在单位时间、单位质量的核裂变、聚变和衰变中放出能量多少是不一样的。一般说来，衰变放出的最少，裂变放出的较多，而聚变放出的最多。如：单位质量的氘核聚变是单位质量235U裂变所放出能量的4倍左右。

　　三、人类对三种类型中放出能量的利用

　　1、衰变能的利用

　　在目前人类发现的两千多种原子核中，绝大多数的原子核是不稳定的，它们在自发的、缓慢的变成新核的过程中放出能量。地球内部巨大的热能就是地球在漫长的演化过程中，由岩石中所含的铀、钍、镭等放射性元素衰变中释放的能量积累而来。地热是一种取之不尽、洁净的能源。现在，世界上许多国家已利用地热采暖、育种、发电等。

　　2、核的裂变能已被人类用之于军事、经济和科研等方面

　　其威力相当于两万吨TNT炸药。

　　目前，核能是世界能源中具有重要发展前途的能源之一。现在的核能主要是利用原子核的裂变能，重要的裂变材料有235U、239Pu、233U等。核能能量密集，核电站地区适应性强，运转费用低，收益大。因此，世界各国尤其发达国家竞相发展核电站。

　　3、核聚变能的利用

　　核聚变反应在宇宙中是很普遍的现象。在太阳和许多恒星内部，温度高达100万度以上，在那里进行着激烈的核反应。太阳每秒中放出的能量约为3.8* 1026焦耳，到达地球的仅约20亿分之一，但对我们人类的意义却非常大。一是没有太阳就没有生命，没有人类;二是我们利用的能源绝大多数来源于太阳。如：石油、煤、天然气、水能、风能、生物能、沼气等。

　　人工核聚变已开始用在军事上，如氢弹，它的炸药为氘化锂，可以做得很大，它的TNT当量可达千万吨级。

　　现在，人类已力图使用人工核聚变作能源。首先，聚变反应放出的能量比裂变放出的能量大得多;其次，核聚变不产生放射性废物;最后，核裂变原料铀、钍等在地球上的储量据估计只能用几百年;而核聚变原料氘在地球上是取之不尽的，它广泛地存在于海水中。每克氘聚变可以放出105千瓦小时的能量，而地球表面海水存量是1018吨的数量级。所以海水中蕴藏的氘所能供给的聚变能是1025千瓦小时的数量级。按目前世界能源消耗率估计可以用几百亿年。可见，人类一旦解决利用核聚变能的技术难题，世界上的能源问题也就解决了。

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