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核聚变反应，需不需要有某种元素参与呢？有何依据？

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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

问题补充： 比如铀，氡，氦，氚？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

核聚变（nuclear fusion），又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质量小的原子，主要是指氘，在一定条件下（如超高温和高压），只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。这是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。核聚变是核裂变相反的核反应形式。科学家正在努力研究可控核聚变，核聚变可能成为未来的能量来源。核聚变燃料可来源于海水和一些轻核，所以核聚变燃料是无穷无尽的。 人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸[1]。

中文名

核聚变

外文名

Nuclear fusion

别名

核融合/融合反应/聚变反应

领域

核能

学科

核物理

起源

核聚变程序于1932年由澳洲科学家马克·欧力峰（英语：MarkOliphant）所发现。随后于1950年代早期，他在澳洲国立大学（ANU）成立了等离子体核聚变研究机构（FusionPlasmaResearch）。

原理

核聚变，即轻原子核（例如氘和氚）结合成较重原子核（例如氦）时放出巨大能量。因为化学是在分子、原子层次上研究物质性质，组成，结构与变化规律的科学，而核聚变是发生在原子核层面上的，所以核聚变不属于化学变化。

热核反应，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的轻原子核，如氢（氕）、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应（参见核聚变）。热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。这正是在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。

氘、氚核聚变示意图

冷核聚变是指：在相对低温（甚至常温）下进行的核聚变反应，这种情况是针对自然界已知存在的热核聚变（恒星内部热核反应）而提出的一种概念性‘假设’，这种设想将极大的降低反应要求，只要能够在较低温度下让核外电子摆脱原子核的束缚，或者在较高温度下用高强度、高密度磁场阻挡中子或者让中子定向输出，就可以使用更普通更简单的设备产生可控冷核聚变反应，同时也使聚核反应更安全。

类型

电解水H2O生成H2，通过核裂变产生的高能辐射蒸汽压缩氢气（H2），这时的氢气成为离子状态，辐射蒸汽压缩H，四个H核聚变生成一个He核，放出巨大的能量。一般在超高温和超高压封闭环境下进行。

一个D（氘）和T（氚）发生聚变反应会产生一个中子，并且释放17.6MeV的能量（两个D（氘）发生聚变反应大约放出14.1MeV能量），中子对于人体和生物都非常危险。其核反应方程式为

聚变反应中子的麻烦之处在于中子可以跟反应装置

的墙壁发生核反应。用一段时间之后就必须更换，很费钱。而且换下来的墙壁可能有放射性（取决于墙壁材料的选择），成了核废料。还有一个不好的因素是氚具有放射性，而且氚也可能跟墙壁反应。

氘氚聚变只能算”第一代”聚变，优点是燃料便宜，缺点是有中子。

“第二代”聚变是氘和氦3反应。这个反应本身不产生中子，但其中既然有氘，氘氘反应也会产生中子，可是总量非常非常少。如果第一代电站必须远离闹市区，第二代估计可以直接放在市中心。

“第三代”聚变是让氦3跟氦3反应。这种聚变完全不会产生中子。这个反应堪称终极聚变。

反应条件

核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下

（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。

太阳的能量来自它中心的热核聚变

实现方式

通常有三种方式来产生核聚变：

1.重力场约束；2.惯性约束；3.磁约束。

其中主要的可控核聚变方式：

激光约束（惯性约束）核聚变（如我国的神光计划，美国的国家点火计划都是这种形式）

磁约束核聚变（托卡马克、仿星器、磁镜、反向场、球形环等），这种方式目前被认为是最有前途的。

应用

发生条件

产生可控核聚变需要的条件非常苛刻。我们的太阳就是靠核聚变反应来给太阳系带来光和热，其中心温度达到1500万摄氏度，另外还有巨大的压力能使核聚变正常反应，而地球上没办法获得巨大的压力，只能通过提高温度来弥补，不过这样一来温度要到上亿度才行。核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受，只能靠强大的磁场来约束。由此产生了磁约束核聚变。

EAST全超导非圆截面核聚变实验装置

对于惯性核聚变，核反应点火也成为问题。不过在2010年2月6日，美国利用高能激光实现核聚变点火所需条件。中国也有“神光2”将为我国的核聚变进行点火。

反应装置

可行性较大的可控核聚变反应装置是托卡马克装置。

托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。

托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。

我国也有两座核聚变实验装置。

优劣势

优势

（1）核聚变释放的能量比核裂变更大

（2）无高端核废料，可不对环境构成大的污染

（3）燃料供应充足，地球上重氢有10万亿吨（每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油）

核聚变能利用的燃料是氘（D）和氚。氘在海水中大量存在。海水中大约每6500个氢原子中就有一个氘原子，海水中氘的总量约45万亿吨。每升海水中所含的氘完全聚变所释放的聚变能相当于300升汽油燃料的能量。按世界消耗的能量计算，海水中氘的聚变能可用几百亿年。氚可以由锂制造。锂主要有锂-6和锂-7两种同位素。锂-6吸收一个热中子后，可以变成氚并放出能量。锂-7要吸收快中子才能变成氚。地球上锂的储量虽比氘少得多，也有两千多亿吨。用它来制造氚，足够用到人类使用氘、氘聚变的年代。因此，核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。

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