核聚变和核裂变的原理是如何_搜求意识_中中原人

日期:2020-01-05编辑作者:科技视频

源于核武器爆炸我们会提到核聚变和核裂变。那么什么是核聚变和核裂变呢?核聚变和核裂变的原理又是什么呢?我们来了解下相关知识。

氢弹和原子弹都是典型的原子能的军事利用,

所谓原子能,就是当原子核结合能发生变化时所能够释放出来的能量,原子弹利用的是重核裂变,而氢弹采用的是轻核聚变,下面讲讲两种的不同。

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原子弹利用的是裂变能量,当重核分裂成两个质量相近的核时,他们的平均结合能会增加大约1 MeV,对于铀235来讲,每个U裂变释放200 MeV的能量。但对铀来讲,必须达到自持的链式反应,才能大规模的利用能量,只有铀的体积大于“临界体积”,才能发生剧烈的链式反应。对于原子弹就是利用炸药把两块体积小于临界体积的铀挤压到一块,大于临界体积,产生了自持不断的链式反应,能量就剧烈的释放了。这里原子弹的大小就受到了一定的限制,每个单独的铀块必须小于临界体积,同时铀等核材料含量少,提纯技术要求高。

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而氢弹利用的能量是轻核的聚变,本身轻核聚变的能量就大约是每个重核裂变的4倍。而且氢弹的燃料是氘,它的含量是取之不竭的。热核聚变需要高温的等离子体,还要达到一定的密度,对于太阳来讲,其内部时时刻刻发生着核聚变,给予整个太阳系以能量,太阳巨大的质量约束了内部的等离子,在一千多万度的高温发生核聚变。

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而人类能够是实现的是不可控制的释放,比如氢弹,它需要的高温由原子弹爆炸来提供,所以氢弹是原子弹来点火实现的裂变加聚变。其燃料体积不受限制,因此威力当然更为巨大。前苏联的大伊万氢弹能量就是相当于广岛原子弹的几千倍,设计爆炸当量一亿吨,

核能的释放通常有两种形式,一种是重核的裂变,即一个重原子核,分裂成两个或多个中等原子量的原子核,引起链式反应,从而释放出巨大的能量;另一种是轻核的聚变,即两个轻原子核,聚合成为一个较重的核,从而释放出巨大的能量。理论和实践都证明,轻核聚变比重核聚变释放出的能量要大得多。 利用重核裂变,人们已经制造出了原子弹,若通过反应堆对其加以人工控制,就可实现原子能发电。利用轻核聚变原理,人们已经制造出比原子弹杀伤力更大的氢弹,氢弹是无控制爆炸性核聚变。要实现核聚变能的和平利,即核聚变发电,必须对核聚变实行人工控制,使核聚变反应按照人们的需要有序地进行,这就是受控核聚变。 重核裂变能源 1938年,放射化学家奥托·哈恩和物理学家施特拉斯曼发现铀核裂变。1942年12月2日,世界上第一座核裂变反应堆在美国的芝加哥大学建成,人类在这里首次实现了自持链式反应,从而开始了受控的核能释放。 1954年,前苏联在莫斯科附近的奥布宁斯克建成了世界上第一座核电站,输出功率为5000千瓦。到60年代中,核电站走向实用化和商品化。工业发达国家核电发电成本已与燃煤火力发电站持平甚至略低。 常见的压水反应堆核电站,主要包括两大部分:一部分是利用核能生产蒸汽的核岛,包括反应堆装置和回路系统;另一部分是利用蒸汽发电的常规岛,包括汽轮发电机系统。核电站用的燃料是铀,它是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在反应堆内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压力下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转,电能就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方。 目前,全世界共有将近500座核电站,全年总发电量占世界总发电量的17%。世界各国中,法国的核电站发展最快,有57座核电站,总装机容量6200万千瓦,核电占总发电量的77.8%。1991年,中国自行设计、建造的第一座核电站――秦山核电站启用,继之大亚湾核电站投产。世纪之交,中国正规划、兴建4座新的核电站,到2010年核电总量有望达到2000万千瓦。 轻核聚变能源 轻原子核聚变反应的研究,可以追溯到30年代对太阳的研究。1938年,物理学家证明,太阳里进行的氢核聚变成氮核的反应,使它还能光芒万丈地燃烧几十亿年。 受控核聚变反应的原理是:氘原子核在上亿摄氏度的高温条件下发生聚变而释放出巨大能量。由于这种热核反应是人工控制的,因此可用作能源。 核聚变发电有许多无可比拟的优点: 能量巨大 核聚变比核裂变释放出更多的能量。例如,铀235的裂变反应,将千分之一的物质变成了能量;而氘的聚变反应,将近千分之四的物质变成了能量。 资源丰富 重核裂变使用的主要原料是铀,目前探明的储量仅够使用约1000年;而轻核聚变使用的燃料是海水中的氘,1升海水能提取30毫克氘,在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量,即“1升海水约等于300升汽油”,地球上海水中就有45万亿吨氘,足够人类使用百亿年。 成本低廉 1千克氘的价格只为1千克浓缩铀的1/40。 安全、无污染 核聚变不产生放射性污染物,万一发生事故,反应堆会自动冷却而停止反应,不会发生爆炸。 简言之,受控核聚变的燃料取之不尽、用之不竭,核聚变能将是21世纪最理想的“长寿”能源。

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问题:为什么核聚变的氢弹比核裂变的原子弹威力大成百上千倍?

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、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应。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。

量子实验室,欢迎评论和关注。

回答:

不管是氢弹还是原子弹,它们本质上都是利用原子核反应过程中损失的质量来转化为巨大的能量,这个可以通过质能方程计算出来。氢弹的原理是核聚变,把较轻的原子核——氘和氚(两者都是氢的同位素),聚变成较重的原子核——氦,由此损失的质量将会转化为能量。另一方面,原子弹的原理是核裂变,利用中子轰击重原子核——铀或者钚,导致它们裂变为较轻的原子核(比如铷、锶、银、镉、锌),由此损失的质量将会转化为能量。那么,为什么这两种核反应所能产生的能量存在很大的差异呢?

这主要与比结合能有关。为了分裂原子核,就要克服原子核的核力,从而需要一定的能量,这种能量即为原子核的结合能。再把结合能除以原子核中的核子数(质子和中子数之和),就得到了比结合能。如果原子核的比结合能越高,分裂它所需的能量也越高,‪这意味着它越稳定。下面是各种元素的比结合能示意图:

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可以看到,铁的比结合能最高,所以比铁轻的原子核发生核聚变以及比铁重的原子核发生核裂变都会释放出能量。由于氦的比结合能比氘和氚要高得多,所以氘和氚发生核聚变反应之后将会释放出相对较高的能量。而铀或者钚的比结合能与核裂变产物的比结合能相差并不大,故相等质量的铀或者钚发生核裂变所能释放出的能量要小于氘和氚的核聚变。正因为如此,氢弹的威力要比原子弹更强。

此外,氢弹爆炸还需原子弹进行引爆。这是因为原子核都带正电,它们之间存在强大的斥力,为了使原子核结合在一起就必须要有相当高的能量。一旦原子核能够发生核聚变之后,反应释放出的能量就能进一步引发其他原子核发生核聚变反应。

回答:

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氢弹和原子弹的威力相差这么大是和两种核武器的原理相关的。总的来说,所有核武器的基本原理都是爱因斯坦的质能转换方程,E=mC2,也就是说,在核聚变或者核裂变过程中,减少的质量转换成能量,这个能量就是核武器的威力所在。

原子弹的原理是铀-235和钚-239等重原子核在中子的轰击后,分裂成2个较轻的核,同时再放出2-3个中子和200兆电子伏特能量,总质量也减少。氢弹则是与之相反的轻核聚变,由氢的同位素氘和氚聚合成更重的核(氦),同时释放出能量。聚合的方程式为:2D+3T—→4He+1n,放出的能量约为17.6兆电子伏特。由于产生聚变的核更轻、更小,反应也更简单,因此单位重量下反应释放出的能量更多。聚变反应中,平均每个核子放出3.5兆电子伏特能量,而核裂变中平均每个核子放出的能量还不到1兆电子伏特。从理论计算上说,400克氘和600克氚的混合物聚变放出的能量相当于4千克铀裂变或12000吨标准煤燃烧的能量。

但氢弹也有个问题,那就是必须在6000万度以上的超高温状态下才能发生聚变反应,而这种高温只有原子弹爆炸才能实现。因此,氢弹一般都以原子弹作为聚变反应的“起爆器”。

此外,由于聚变反应能迅速释放出大量的中子,加速裂变反应的进行,因此,核大国们普遍研制装备了“增强型原子弹”。其原理就是利用原子弹爆炸的高温高压,使安放在其核心的氚氘混合物发生聚变反应,在生成氦的同时释放大量中子。聚变反应中放出的中子可以大大加快包裹在它们外面的裂变材料的裂变反应过程,让它们在被炸飞出去而被浪费掉之前加入裂变反应。“增强型原子弹”可以把原子弹的威力增加一倍,也是目前五大国最主要的核弹头类型。T

回答:

  谢邀!人类在将核能应用于军事领域的道路上,先后研制成功三个具有里程碑意义的产品,分别是1945年投入实战的原子弹、1952年完成试爆的氢弹、1977年试验成功的中子弹。从发展轨迹上看,氢弹是原子弹的升级替代型产品,具有更大的威力;中子弹则是在冷战时期,美国考虑到核威慑战略“确保相互摧毁”的最终结果是害人终害己,着眼于“核能释放程度可控”“不危及人类生存环境”的宗旨,而研制开发的一款战术核武器。从破坏威力的绝对值来看,中子弹不及氢弹;但如果从作战效能来看,中子弹具有“对人不对物”的特点,因而其作战效能远胜于氢弹。

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图示:广岛原子弹爆炸航拍照片

  众所周知,原子弹的爆炸机理是核裂变,氢弹的反应过程是核聚变,裂变与聚变,同为原子核释放能量的两种方式。但是,为什么会产生如此之大的能量差异?对此,慕什塔戈认为,氢弹与原子弹在结构原理上的两处区别,导致其威力的倍增。

  一是核装料不同。原子弹内部的核装料,通常选择易裂变原子核的铀-235或钚-239等,利用铀、钚等原子核分裂所产生的巨大能量进行杀伤和破坏;氢弹是用氢的同位素氘和氚为核装料 ,用特制的原子弹作为引起爆炸的装置,用原子弹爆炸所产生的高温使氘和氚发生聚合反应,形成氦核子而释放巨大能量并引起更加猛烈的爆炸。可见,氢弹的核装料中包括原子弹,原子弹充当了氢弹的起爆药。

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图示:1961年10月30日,前苏联“大伊万”氢弹爆炸航拍照片

  二是爆炸原理不同。根据下图所示,原子弹的爆炸原理是,首先引爆传统爆炸物(棕褐色部分),通过产生的高温高压气体,挤压可分裂的核原料,如钸-239(蓝绿色)或铀-235(黄色),直至将其挤压到超临界状态,最终导致其疯狂地分裂原子,形成核爆炸:氢弹的爆炸原理是,用核裂变反应来触发核聚变,通过核裂变释放的能量巨大的X射线冲击波,引爆核聚变装料,从而产生比原子弹高出上千倍的聚变核能。

图片 9图示:原子弹与氢弹结构对比图

回答:

为什么核聚变的氢弹比核裂变的原子弹威力大成百上千倍?

其实各位大神的回答已经很完美了,偶从另一个角度来补充下,让这个问题更容易理解!

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氚氘聚变示意图

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U235裂变示意图

两者过程相反,但一样能释放巨大的能量,不过最大的区别的是聚变质量损失约为0.7%,裂变材则:U235裂变损失的质量约为0.0946%;钚239约为0.0961%!而质能转换计算为:

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简单的从两者质量丢失的比例来看,同样质量的聚变材料是裂变的7-8倍以上!

同样还有另一个问题不容忽视,由于核裂变有一个临界质量,即在超过这个质量的话,自身即开始链式反应无法控制,因此在原子弹内部时是分开安装的,引爆时才被高能炸药的爆炸的能量贴合在一起引起裂变的链式反应!

而聚变在引爆前都是十分安全的,因此装药量也不受限制,另外需要注意的是裂变过程中并非100%裂变的,在原子弹中有很大一部分材料在裂变前就被炸散了,因此真正参与裂变的材料仅仅只占了一部分......

几个原因,导致裂变弹的威力远远小于聚变弹,比如原子弹一般都为几万吨,了不起几十万吨,但聚变弹就没有威力限制了(至少几十万吨起),史上威力最大的聚变弹是在新地岛爆炸的“大伊万”,起初当量为1亿吨,后来计算后威力超过无人区,因此减小当量到5000万吨!

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大伊万(沙皇炸弹)投掷,5000万吨当量

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B41聚变弹爆炸,当量2500万吨!

回答:

单从核反应来看,一公斤氘氚聚变释放的能量要比一公斤铀钚裂变大3-4倍。其次,原子弹中的裂变材料受到临界体积分限制,当量只有几万到十几万吨。而氢弹中的热核材料没有临界体积的限制,只要氢弹弹壳能承受的得了,其所装入的热核材料多多益善。氢弹的当量可达几百万到几千万吨,比原子弹大得多。最后,氢弹使用原子弹做为启爆器。正是这三点,氢弹的威力比原子弹大得多。

回答:

首先感谢邀请

氘—氚聚变释放的能量是铀裂变的4倍,氘和锂(锂是用来产生氚的)的储量远远多于铀。但这不是决定性因素。根本原因是原子弹的当量是有上限的。如果铀/钚太多就会达到临界状态,也就是自爆。所以原子弹的当量不能超过几十万吨。而氢弹就没有当量的上限。

回答:

这是因为原子弹用的铀235或钚239都有一个临界质量问题。太小的一块铀235是不能爆炸的,需要达到它的临界质量才会爆炸(大约十几千克),因此凡是达到临界质量的铀块都会自发地发生爆炸,所以大块的铀235是不可能存在的。原子弹是装了两(或者几)块小于临界质量的铀235,待到炸药爆炸把这些小块挤成超过临界质量的大块,从而原子弹爆炸。你不可能装几十几百块铀235并且保证同时把它们挤到一起吧?因此原子弹的爆炸力是有上限的,不可能做得很大。而氢弹装药没有限制可以做得很大很大!

由于裂变本身释放分裂的核内中子,所以如果将足够数量的放射性物质堆在一起,那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变,其中每一个至少又触发另外两个核的裂变,依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原子弹和用于发电的核反应堆的能量释放过程。

回答:

核聚变,即轻原子核时放出巨大能量。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。

激光约束核聚变(如我国的神光计划,美国的国家点火计划都是这种形式)

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。

核裂变所释放的高能量中子移动速度极高,因此必须通过减速,以增加其撞击原子的机会,同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂将高能量中子速度减慢,变成低能量的中子。商营核反应堆普遍采用镉棒、石墨和较昂贵的重水作为慢化剂。

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,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,原子核的变化往往伴随着能量的释放。

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。

对于核弹,链式反应是失控的爆炸,因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。对于核反应堆,反应进行的速率用插入控制棒来控制,使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。

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。

核聚变,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,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,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。

其中主要的可控核聚变方式:

磁约束核聚变,这种方式目前被认为是最有前途的。

裂变释放能量是与原子核中质量-能量的储存方式有关。从最重的元素一直到铁,能量储存效率基本上是连续变化的,所以,重核能够分裂为较轻核的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核,就会有能量释放出来。

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冷核聚变是指:在相对低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。

核裂变,又称核分裂,是指由重的原子核分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见,热中子轰击铀-235原子后会放出2到4个中子,中子再去撞击其它铀-235原子,从而形成链式反应。

然而,很多这类重元素的核一旦在恒星内部形成,即使在形成时要求输入能量,它们却是很稳定的。不稳定的重核,比如铀-235的核,可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定核时,也能触发裂变。

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