答:主要原因:氕(1H)没有中子,不能直接聚变为氦,需要先聚变为氘,而且该步热核反应所需的点火温度更高,释放的能量少; 相反氘和氚的聚变所需温度相对低,释放能量更大。所以,以人类目前的技术水平,只能利用氘和氚来进行人工核聚变。 氕氘氚,分别是氢原子的三种同位素,其中氕的丰度为99.98%,水中的氢原子主要以氕的形式存在。 氦的同位素只有两个,氦-4和氦-3,也就是说,氦原子中一定有中子。所以,单独的氕进行核聚变时,是无法直接成为氦原子的。 一、恒星的核聚变恒星内的核反应中,大约90%的时间都是氢在燃烧,反应过程十分复杂。 在质子(PP)链中,氕要完全聚变为稳定的氦-4,总共有三步:PPI,PPII和PPIII。 其中PPI,又包含3个核反应方程式: 1、1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV; 2、2D+1H→3He+γ,ΔE=5.494MeV; 3、3He+3He→4He+2(1H),ΔE=12.860MeV; 其中:1H为氕核,2D为氘核,3He为氦-3,4He为氦-4,e(+)为正电子,v为中微子,γ为光子。 我们可以看到,氕核的第一步聚变,放出的能量并不高,但是恒星拥有足够的氕含量和超高的压力,所以能维持着氕核向氦-4的反应,但是人工核聚变就达不到这样的条件。 二、人工核聚变人工核聚变(氢弹)的主要反应为: 3H+2H─→4He+n+17.6MeV; 因为氘核与氚核都有中子,中子的存在,使得克服原子之间电磁力的所需能量大大减少。 所以该反应的点火条件更容易达到,而且该反应放出的能量更高,使得聚变反应能持续进行,这也是氢弹使用氘和氚的主要原因。 三、氦-3核聚变由以上反应方程式,我们可以看到: 3He+3He→4He+2(1H),ΔE=12.860MeV; 氦-3的核聚变反应中,也能释放大量能量,所以氦-3也是理想的核聚变原料,但是地球上氦-3的储量有限,反而月球上的氦-3含量非常高。 需要注意的是:在氦-3的核聚变中,只有氕核释放,而氕核带正电荷,所以很容易被屏蔽掉,但是在原子弹和氢弹的核反应中,有大量中子放出,中子不带电,穿透力极强,这也是目前核能源辐射危险的原因之一。 正是因为这个特点,氦-3也被作为未来的终极清洁能源之一。 |
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