核融合 與 核分裂



 
  核能分兩種,
     其一為: 核分裂能,  
  另一種:核融合能。

核分裂係重元素(如鈾,鈽等)分裂所發出之能量;
後者為輕元素(如氫及其同位數氘、氚),
結合成重元素(如氦等)所發出之能量。

太陽能係源自核融合反應,
此外如熱核彈或氫彈亦均利用核融合原理製成。

什麼叫做核融合反應呢?

氚為氫的同位素,由一質子及二中子構成。
氘可以從海水中提取,而氚則不存在於天然界中;
原子序於40至80之間為最穩定的原子,
而當原子序超過80以後就都有一個天然放射性的趨勢。
並且會分裂成二較輕而在穩定區域內的元素,
此種趨勢即核分裂原理之基礎。

另一方面,當原子序小於40時,
即有合成變為較重元素之趨勢,
此種趨勢即核融合原理之基礎。

上述分裂與融合之反應均有質量欠缺現象,
利用愛因斯坦質能互換原理:

E=mc2
換算,
而核融合又較核分裂放出的能量,
約多出三至四倍。

當然分裂與融合之間仍具有基本不同點,
例如,核分裂為自然的現象,只要可分裂燃料質量夠多,
達到臨界狀況即能發鏈鎖反應。

但是在核融合方面,由於首先要讓核子與核子之間,
能夠很「靠近」才可能有反應發生,
故必須外加相當的能量破除庫倫電位障壁。
此因核子係帶正電,會產生排斥效應。

如要得到一相當大的反應速率時,則必須加溫到10Kev以上,
亦即相當於109K的溫度。而在如此高的溫度下,
所有物質早就遊離化了,
此種遊離化狀態叫做電漿或稱為離子氣體。
 
天文學家曾說:
「宇宙中物質有99﹪均以離子狀態存在」。
其意思是說,太空中的星體均是融合作用,
其所發射出高能量之電磁波、
宇宙線使幾乎所有的物質均被離子化了,
地球幸有外層的電離層、
臭氧層及大氣層的保護,使得透過來之輻射波強度減弱,
人類才得以生存。

於地球上見到電漿的機會非常多,不過是不純的電漿,
例如,電焊及電弧燈在兩個弧之間就有電漿存在,
如所發出的強光即是。

日光燈的照明,事實上即利用此種電漿發光原理;
天上打雷是因大氣層上的電位差而發生閃電現象,
此種電能亦可以觸發電漿的產生。 

基本上電漿為離子之集合體,
由於離子與離子之間有庫倫電力的影響,
故要詳細分析相當困難,另一方面電漿亦具有流體的性質,
故許多流體力學分析法均可以應用,
於科學上即稱其為磁流體動力學。

簡言之,核融合之研究即想辦法將電漿侷限於一隔離的空間,
使其相互碰撞,但在另一方面,此又是熱力學上不平衡的現象,
因此有科學家希望能用強有力的辦法,成功地侷限那些電漿。

換言之,這就是擴散與侷限之間的一項競爭,
最後電漿終是要擴散開,但如果能在此發生之前,
就先獲得融合反應所產生之熱量,
則人類將可擁有『取之不盡,用之不竭』之核融合能了。


核分裂是將大的原子,
變成兩粒或以上的較小的原子,故稱核分裂;
核融合是將較小的原子,
結合變成較大的原子,故稱核融合。

1. 太陽主要的核反應是核分裂還是核融合?

Ans:

太陽的核反應是核融合反應,並無核分裂反應。
因為太陽中心參與反應的都是輕質量核子,
之中沒有像鈾、鈽那樣的巨大原子核,
所以太陽並不會發生核分裂,而以核融合過程為主。

而太陽核融合的過程中,太陽核心內,
就會有4顆自由質子合併成為一顆
α粒子,
並釋放出能量,而此過程就是
P-P
鏈。

2. 核融合需要數億度才能反應...
但是太陽核心溫度不過兩千萬度,
所以我猜測應該是和太陽中心龐大的「壓力」有關,
是這樣嗎? 
Ans:
 
是的。一般來說,因為自由質子要發生核融合,
就要突破質子與質子間強大的電磁力障礙(質子間的正電相斥),
電磁屏障會讓核融合根本無法成功。
而人類的解決之道,就是利用極端的高溫,
讓帶正電的質子能藉由高溫增加碰撞機會,
好讓質子穿過電磁屏障的機會大增,並藉此觸發核融合反應。

但太陽卻不需要上億度的高溫,太陽只需要一千萬度的熱核,
和太陽自身重力產生的2兆5千億倍地球大氣壓力,
就能利用壓力和高溫增加質子碰觸的機會,
好讓質子穿過電磁屏障的機會大增,進而觸發核融合。


以上資料取自網路


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