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来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/05/03 05:03:25
 


大气电学|等离子体

等离子体
4）热核反应
热核反应，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。在这种反应中几个较轻的核，譬如氘核（D，包含一个质子和一个中子）或氚核（T，包含一个质子和两个中子）结合成一个较重的核，如氦核，同时放出巨大的能量。这种能源之所以诱人，首先是因为自然界中有大量这种燃料存在。天然的氘存在于重水的分子（HDO）中，而海水中大约有0.03％是重水。氚具有放射性，在自然界中没有天然的氚，但它可以在反应堆中用中子轰击锂原子而产生。海水中氘的储量估计能满足人类十亿年的所有能量的需求，而地壳中锂的含量也足够人类使用一百万年。聚变能源的另一特点是它放出的能量多，例如1kg的氘聚变时放出的能量约等于1kg 的铀裂变时放出的能量的4倍。另外，聚变比较“干净”，它的生成物是无害的核（放出的中子可以用适当材料吸收掉），不像铀核裂变那样生成许多种放射性核。
最易实现的聚变反应是氘氘反应和氘氚反应。氘氘反应实际上是由四步组成的，它们是
D + D →3He + n
D + D → T + p
D + T → 4He + n
D + 3He → 4He + p
--------------------------------
6D → 2 4He + 2p + 2n + 43.1MeV
总结果是六个氘核反应生成两个氦核、两个质子、两个中子和43.1MeV的能量。 氘氚反应需要有锂核参加，它分两步进行：
n + 6Li → 4He + T
D + T → 4He + n
--------------------------------
D + 6Li → 2 4He + 22.4MeV
总结果是氘核和锂核反应生成氦核和22.4MeV的能量，氚核只是在中间过程中出现。氘氚反应比氘氘反应在技术上要复杂得多，但由于前者的点火温度比较低，所以被认为是一种更有希望的聚变反应。
不论是氘氘反应，还是氘氚反应，都是带正电的原子核相结合的反应。由于核之间的库仑斥力很大，所以参加反应的核必须具有很大的动能。增大核的动能的唯一可行的方法是通过热运动，因此参加反应的物质必须具有很高的温度，这一温度就叫做聚变的点火温度。对氘氘反应，所需温度约为5×109K，对氘氚反应，所需温度约为1×108 K。这样的温度都比太阳中心的温度高，因此这些聚变反应又叫做热核反应。在这样高的温度下，氘和氚的原子都已经完全电离成原子核和电子了，所以参与聚变反应的物质是等离子体。
引发核聚变是需要供给能量使燃料达到其点火温度的。不但如此，要建成一个有实用价值的反应器，就必须使热核反应放出的能量至少要和加热燃料所用的能量相等。为达到这一目的，就必须增加核燃料的密度。同时，由于等离子体极不稳定，所以还必须设法延长等离子体存在的时间。燃料核的密度越大，它们之间碰撞的机会越多，反应就越充分。在一定燃料核密度下，稳定时间越长，反应也越充分。反应越充分，释放的能量就越多。计算表明要使热核反应器成为一个自行维持反应的系统的条件是
n(离子数密度)×τ(稳定时间) ≥ 常数 　　　　　(2)
这一条件称为劳森判据。如果式中n表示每立方厘米的离子数，时间用秒计算，则对氘氘反应，式中的常数为5×1015，对于氘氚反应，这一常数为2×1014。因此，对于氘氚反应，如果等离子体的密度为1014cm-3。则至少需要它稳定2s。如果等离子体的密度为1023cm-3，则稳定时间可以减小到2×10-9s。
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