聚变 

 聚变反应: 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,反应式为:

  H-2+H-3===He-4+n 或 D+T===He+n

  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。但目前,科学家也已研究出了其他一些方法,比如:用多束激光照在同一个点上,就可以产生出超高温等等。利用聚变反应的另一大问题就是,没有可以用来盛放聚变反应的物质,地球上的物质都会在高温下熔化。

  但是由于聚变反应的辐射污染,比裂变要小得多,所以科学家还在不断探索当中。

  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。

[编辑本段]为什么只有氘氚聚变?

  在氢的同位素中,氘和氚之间的聚变最容易,所以人们将氘和氚称为聚变核燃料。氘和氘之间的聚变就困难些,氕和氕之间的聚变就更困难了。因此人们在考虑聚变时,先考虑氘、氚之间的聚变,后考虑氘、氘之间的聚变。由于氚的半衰期只有12。

  26年,所以在地球诞生之初的氚早已衰变的无影无踪,自然界中的氚,是宇宙射线的产物,只有几千克。所以聚变用的氚要人工制造,制造比较困难,一般不考虑氚、氚聚变。

[编辑本段]不一定只有氢元素才能聚变

  其实不一定只有像氘、氚这种轻核才能发生聚变反应,重核也能反应,而且越重释放的能量更多。

  如超新星爆炸,超新星内的铁原子在超新星核心中受到巨大的压力,内部原子紧紧压在一起,使铁原子和铁原子发生聚变,释放的能量有目共睹。最后的产物是比铁原子更重的元素,由于现代科学技术有限,无法产生如此高压或高温。

    因为重核不稳定,会自发衰变,最终产物是铅,并放出射线。

  1、α射线

  放射性核素发生衰变时放出α粒子,产生α射线。α粒子是一个高速运动的氦原子核。对于天然放射系列的核素放出α粒子的能量一般在4~8兆电子伏(MeV)范围,初速度大约(1~2)×108厘米/秒。

  α粒子带两个单位正电荷,质量数为4,与电子相比它的质量是较重的,所以称它为重带电粒子。α粒子进入物质主要与核外电子发生作用,使原子产生电离和激发。

  α粒子与核外电子作用,使电子获得一部分能量,脱离了原来轨道而成为自由电子,使一个原子生成一个正离子和一个电子,这就是α粒子对物质的电离作用。

  若α粒子能量不足使核外电子脱离轨道,只能使它从较低能量轨道跃迁到较高轨道,这时整个原子处于较高能量状态,这就是α粒子对物质的激发作用。

  α粒子在与物质相互作用中,能量不断损失,最后因能量耗尽而停下来。α粒子在物质中的射程长短既与物质有关,也与α粒子能量大小有关。

  在通常情况下,一般能量的α射线都能被人体的皮肤所阻挡,而不会进入人体。因此,α射线外照射对人体的损害是可以不考虑的。

  2、β射线

  β粒子实际上是高速运动的电子,带一个单位负电荷,质量很小,为α粒子的1/7360。β粒子通过物质会与物质发生电离、激发、散射和韧致辐射三种作用。

  天然放射系列的核素放出的β粒子的能量从0~4(MeV)。但鉴于β粒子的性质,一般情况β射线的穿透能力比α射线大约大100倍左右。

  3、γ射线

  γ射线是一种波长极短的电磁辐射,具有波粒两重性。天然放射性核素系列辐射的γ射线能量一般自几十(eV)~几(MeV)。

当γ射线与物质相互发生作用时,会发生光电吸收、康普顿-吴有训散射及形成电子对作用等三种形式。

  γ射线的穿透能力很强,对人体会造成极大危害。如54Mn的γ射线能量为0。83483(MeV),经过7。5cm厚的铅,γ射线强度还剩0。1%。

  因此,在γ能谱测定时,探头及样品需放在10cm厚的铅室中,以最大限度地减少自然本底对测定结果的干扰。在天然放射性核素的γ射线能量范围内,γ射线的吸收饱和层(物体将γ射线强度吸收掉99。9%以上的单位面积质量)一般在80~140g/cm范围。