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氢不是最小的分子吗?为什么聚变不是用氢,而是用氘氚?
质子,核聚变,中子氢不是最小的分子吗?为什么聚变不是用氢,而是用氘氚?
发布时间:2016-12-08加入收藏来源:互联网点击:
氢不是最小的分子吗?为什么聚变不是用氢,而是用氘氚?
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
在自然界中,氢有三种同位素,分别是原子核中没有中子的氕,原子核中有一个中子的氘(重氢),原子核中有两个中子的氚(超重氢)。其中氕的丰度最高,达到了99.98%。在宇宙中,恒星的发光原理是氕的核聚变反应,结果产生氦-4。而在人工核聚变中,使用的核聚变原料才是氘和氚。那么,为什么人类不使用丰度最高的氕来进行核聚变反应呢?
原因就在于氕的核聚变反应很难进行,而氘和氚较为容易发生核聚变反应。氕原子核就是质子,它们带正电荷,这意味着它们会互相排斥。氕的核聚变反应是分步进行的,没有不带电荷的中子存在,质子很难结合在一起形成没有束缚态的双质子(氦-2)。就算质子结合在一起形成双质子,它还需要经历β+衰变产生氘、正电子和中微子,这样才能进行接下来的核聚变反应,但发生β+衰变的概率极低。
β+衰变
只有在像太阳这样恒星的核心区域,大量的氕原子核在极端温度和压力下才能更容易地发生核聚变反应。但即便如此,一个氕原子核真正完成一系列的核聚变反应仍然相当不容易,这个时间需要持续长达10亿年。人类还无法实现维持氕核聚变反应的极端条件,所以这种过程现在只发生在恒星内部。
相比之下,由于氘和氚原子核中存在电中性的中子,它们更容易结合成有束缚态的氦-5。然后,氦-5又会衰变成氦-4和中子,这样核聚变反应更容易进行下去。因此,目前的人工核聚变都是采用氘和氚。但现在人类还无法控制这种核聚变反应,诸如氢弹爆炸都是不可控的。如果未来可控核聚变被攻克了,将能解决能源问题。
此外,有答主称,氘和氚核聚变释放出的能量高于氕核聚变,这是不对的,看看它们的比结合能就知道了:
氕的比结合能比氘和氚都要小,所以核聚变所能产生的能量更高。氕核聚变反应的终点不是氘,而是氦-4,质子-质子链式反应可以释放出相当巨大的能量。
回答于 2019-09-11 08:43:50
谢谢邀请。如果人类技术可以达到氕进行核聚变的条件,那么氕会是很好的选择。
氢有三种同位素—氕、氘、氚
大多数所说的氢多指氕,核内一个质子无中子,丰度99.98%;氘又叫重氢核内一个质子一个中子;氚又叫超重氢核内一个质子一个中子。自然界中以氕含量为主,含有极微量的氘,氚多被在核反应中发现。
氕含量极丰,聚变反应为什么不用氕?
太阳(恒星)在持续的发光发热,它的能量来源就是核聚变。在极高的温度和压力下氕进行核聚变。人类为什么无法用氕进行核聚变,主要原因就是氕聚变反应条件极高,人为控制核聚变条件尚无法满足。氘和氚相对容易实现核聚变,如以下反应可连续进行。
而氕的核聚变反应想要连续进行,中间的过程控制人类无法达到,相对条件较高。
虽然氕的自然含量丰富,但人类尚无法实现应用它进行核聚变。我们现在对核聚变的应用尚处在不可控阶段,如氢弹的爆炸。期待着有一天可以实现核聚变的可控,解决能源危机。
以上是我的答案,欢迎关注点评,祝好。
回答于 2019-09-11 08:43:50
氢分子不是最小的分子,还有一种特殊的分子为单原子分子,比如氦气就是由单个氦原子构成的。氦原子或氦分子就是同一个东西,而氢分子可是两个氢原子构成的,所以氦分子比氢分子要小。
严格来说,氕氘氚都是氢,只不过为了区分这三种氢的同位素才这样命名的。大家通常所说的氢,大多数情况下就是氕,因为氢中大约99.985%的氕,所以提取氘和氚才那么难,因为丰度太低了。
核聚变就要考虑难易程度了,使用氕原子也可以实现核聚变,但是需要的聚变控制条件比较高,人类只好选择氘和氚,虽然这样也很难实现。氘氚核聚变的缺点是会产生高能中子,容易破坏核设施的材料。使用其它核聚变燃料时,可以选择氘和氦3反应、氦3和氦3反应,不过就和此题没太多联系,就不展开了。
可控核聚变比可控核裂变难多了,侣意还是很期待未来的。
回答于 2019-09-11 08:43:50
氢不是最小的分子,氢是一种最基本的元素,原子核包含一个质子,氘氚是氢的同位素,也叫重氢,氘原子核包含一个质子一个中子,氚原子核包含一个质子二个中子。
恒星在主序星阶段,聚变反应主要是在恒星核心中,质子和质子链式反应的过程,具体来说是氢元素聚变为氦元素的过程,氦核由二个质子和两个中子组成,因此,一般情况下,包含一个质子的氢容易首先聚合成氘(重氢),然后两氘核聚合成氦或氘和氚聚变成氦的同位素,而不是四个含单个质子的氢直接聚变成氦。
回答于 2019-09-11 08:43:50
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