核聚變與核裂變有什麼本質上的區別嗎?為什麼?

時間史


如果沒記錯,高三物理最後一個單元(我03年河南省是這個教材)講的就是核物理。

其實,分辨核聚變和核裂變非常簡單,單從名字就能分析出來。

1,名稱分別

核裂變:原子核裂開(分裂)的變化,就是核裂變,舉例:一個蘋果(原子核),一刀切兩半(新原子核),這個過程就是(核)裂變。

核聚變:原子核聚在一起融合的變化,就是核聚變。這個舉例,怎麼舉都不嚴謹,用杯子中的玻璃球來比喻吧,甲杯子(氘)裡有一白(質子)一黑(中子)2個球,乙杯(氚)有一白2黑,3個球,把它們倒到丙杯時,有一個黑球丟了(沒進去),所以丙(氦)裡有2白2黑4個球。新杯子(原子核)就是聚變產物。

2,那麼,為什麼會產生能量呢?

核裂變時會有極少的原子核質量湮滅成能量,這個是複合實事的,簡單來說就是放熱。

核聚變時丟失的中子相當於丟失了(其實沒有),也會損失一點點的質量,也是放熱。但是,當原子核過大,再融合(聚變)時就不是放熱而是吸熱(相當於,你投資了10萬但是隻收到9萬,投資失敗,虧損1萬),這個界限,現在認為是鐵(Fe)鐵之後的聚變全是吸熱反應。

3,反應條件。

現在理論認為(時間簡史),宇宙大爆炸前,所有物質都不存在,只有能量,達到某個奇點,大爆炸開始,物質從能量變為質量(原子),目前看,有一定的依據,超新星爆炸確實會產生物質。

那麼,核裂變和核聚變怎麼才能反應呢?

其實,核裂變你天天都在經歷[捂臉][捂臉][捂臉]所有放射性物質都有一個名詞叫半衰期(就是反恐精英里像入的標誌,其實是古希臘字母),最常見的是C14(碳14)測齡斷代,怎麼測,就是測碳14的半衰期。而半衰期就是核裂變導致的。

由此可見,核裂變是幾乎沒有什麼條件的,自然條件下就能反應。

而核聚變不行,因為2裡說的甲杯子就是氫原子(原子量是2,學名氘)自然界很多,你我每喝一口水(按54克算,3摩爾的水,6摩爾的氫原子),就有無數個氘原子和氚原子(具體比例忘記了,總數大概不到1摩爾)。事實它們沒有變成氦氣。所以,聚變必須有很高的條件,例如太陽,巨大的引力(主要束縛氫原子,不讓跑。),溫度(反應條件)。

3核武器。

原子彈是核裂變。

氫彈及三代核武器(包括但不限於中子彈)都是核聚變。

由於在2戰前就發現放射性物質,所以因為戰爭需要造出來了原子彈(核裂變裡的一種,叫鏈式裂變,簡單來說就是開始了知道反應物反應完才會結束),製作方法極其簡單(以目前來看:),1濃縮鈾235(鈈還有其它還有幾個都行)製成金屬球(原則上是兩個半球),2把它倆隔開,3需要爆炸時把它倆合起來。完工。簡單吧,問題1多大是安全界限,我不知道:(,2如果想造更大的爆炸能量有沒有可能?沒,因為超過極限自己就炸了(插一句,原子彈小型化多了一個步驟,加了一箇中子發射器來打鈾球,讓它爆炸,這樣就可以造更小的核武器)

所以只能造那麼多,換句話說就是有極限,大概是500萬噸TNT當量(不保證一定對)。

氫彈,需要多大的能量就能造多大的。例如蘇聯的大伊萬[捂臉][捂臉][捂臉](可以去看那兔),釋放原理也很簡單,反應條件是高溫,所以直接用小型核裂變(原子彈)引爆儲氫罐,產生反應。然後直到氫氣燃盡(聚變時會有一部分逃逸,但是無關痛癢[捂臉][捂臉][捂臉])。

4能源。

現在所有的核電站都是裂變核電站,但是會產生核輻射核廢料等等問題,所以現在在發明實驗聚變核電站。


趙世傑1984


核裂變和核聚變都屬於核反應,相較於原子程度的化學反應,核反應是原子內部的變化,關於核反應中核裂變和核聚變這兩種方式的區別主要有以下幾點

1、反應過程與機制不同

核裂變是一個較重原子的原子核分裂為兩個或更多較輕原子核的過程,在分裂過程中會釋放出兩到三個自由中子以及巨大的能量。一些較重的元素在沒有外來中子的影響下也可以自動進行核裂變,它屬於放射性衰變。人工進行的核裂變一般都是有中子源參與的鏈式反應,比如核電廠反應堆中用熱中子轟擊鈾-235原子,鈾-235會轉變成其他子同時放出2到4箇中子,釋放出的中子會繼續轟擊其他的鈾-235,形成鏈式反應,反應前後會發生質量虧損,這部分質量會以能量的形式釋放出來,通過質能方程E=MC²可以計算出這部分能量的多少。

核聚變是指小質量原子在一定條件下,發生原子核融合生成較重的原子,並釋放大量能量的過程。太陽的能量產生原理就是核聚變過程。在實驗室中,氫的同位素氘與氚可以在高溫與高壓下發生原子核融合,形成氦4並釋放出中子和大量能量,同樣,這部分能量也是來自於質量虧損。

2、反應元素有差異

理論上除氫元素之外的所有元素都可以發生核裂變,一般原子質量越大的元素越容易實現核裂變,核電站中常用的易裂變核素主要有釷232、鈾233、 鈾235、鈾238、鈈239、鈈240等。

對於核聚變來說,理論上所有的元素都可以進行核聚變反應,目前聚變反應堆中的核燃料基本上都是氫的同位素。隨著元素原子量增加,其聚變條件也會越來越苛刻,人類通過核聚變是用來獲取能量,而大質量元素的聚變反應吸收的能量比釋放的能量還要多。

3、實現條件有難易差別

相較於核聚變來說,核裂變的實現較為容易,甚至在自然狀態下一些元素會自發的進行核裂變,通過核裂變反應堆,科學家可以實現可控核裂變,如果核反應堆中的鏈式反應不可控的話那它就相當於原子彈了,只要提供合適的中子源,可以被核燃料吸收,易裂變元素很容易實現裂變反應。所以對於核裂變來說,剎車比啟動更重要,核裂變常用的“剎車”工具有石墨、重水等,它們的作用主要是吸收中子,控制鏈式反應速率。

要實現核聚變反應,需要的條件就很極端了,大家都知道核武器中,氫彈的威力要比原子彈大,而且在爆炸機制上,氫彈是需要原子彈來引爆的。在太陽的內部核聚變無時無刻不在進行,由於自身重力的作用,太陽內部有巨大的壓力和上千萬攝氏度的高溫來為核聚變提供條件,但是在地球上,現有材料是無法提供這個高的壓力的,壓力不夠溫度來湊,所以在實驗室中進行的核聚變點火溫度,一般會達到上億攝氏度,科學家通常會用採用磁場來約束這種極高溫度的等離子體。

關於核裂變與核聚變的差異還有許多,歡迎大家評論區補充。

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漫步的小豆子


  核聚變威力更大。   核裂變,又稱核分裂,是指由重的原子核,主要是指鈾核或鈈核,分裂成兩個或多個質量較小的原子的一種核反應形式。原子彈、裂變核電站或核能發電廠的能量來源就是核裂變。其中鈾裂變在核電廠最常見,熱中子轟擊鈾235原子後會放出2到4箇中子,中子再去撞擊其它鈾235原子,從而形成鏈式反應。   核聚變(nuclear fusion),又稱核融合、融合反應或聚變反應[1] 核是指由質量小的原子,主要是指氘或氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛,讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起,發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核(如氦),中子雖然質量比較大,但是由於中子不帶電,因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來,大量電子和中子的釋放所表現出來的就是巨大的能量釋放。這是一種核反應的形式。原子核中蘊藏巨大的能量,原子核的變化(從一種原子核變化為另外一種原子核)往往伴隨著能量的釋放。核聚變是核裂變相反的核反應形式。科學家正在努力研究可控核聚變,核聚變可能成為未來的能量來源。   核聚變的過程與核裂變相反,是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。只有較輕的原子核才能發生核聚變,比如氫的同位素氘(dāo)、氚(chuān)等。核聚變也會放出巨大的能量,而且比核裂變放出的能量更大。太陽內部連續進行著氫聚變成氦過程,它的光和熱就是由核聚變產生的。   相比核裂變,核聚變幾乎不會帶來放射性汙染等環境問題,而且其原料可直接取自海水中的氘,來源幾乎取之不盡,是理想的能源方式。 人類已經可以實現不受控制的核聚變,如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用,必須能夠合理的控制核聚變的速度和規模,實現持續、平穩的能量輸出。科學家正努力研究如何控制核聚變。


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俯仰君陪你解答科學問題

核裂變與核聚變都是原子核的變化,都能放出巨大的能量,都可以用作武器。

那麼它們有什麼不同呢?

一、原理不同

核裂變是較重的元素的原子核分裂為兩到三個較輕的原子核,形成新的元素。而核聚變是較輕的原子核聚合在一起形成較重的原子核。


二、反應所需原料不同

核裂變反應所需的原料都是些質量非常大的元素,如鈾、釷、鈈。地球上的儲量極為有限。核聚變所需的原料就簡單得多了,主要是氫的同位素(氘、氚),地球上的海水中儲量極為豐富。木星質量的75%都是氫,足可作為未來人類遠征飛船(核聚變引擎)的能源基地。

三、反應所需條件不同

核裂變反應所需的條件要比核聚變簡單的多。核裂變只要用一箇中子去轟擊重元素的原子核,使其分裂並放出其它中子去撞擊別的原子核,就會發生鏈式反應,並一直進行下去(這就是原子彈的原理)。

而氫核聚變所需的條件則要苛刻得多,在正常壓力下,需要達到上億度高溫,在恆星內部的高壓環境下也需要1500萬度的高溫。所以氫彈中都帶有一個原子彈,只有原子彈爆炸時的高溫才能誘發核聚變。

四、反應產生的能量不同

核裂變反應產生的能量要比核聚變小的多,大概為核聚變的幾百分之一。一千克鈾裂變的能量相當於2500噸標準煤一千克氘聚變的能量相當於7370噸汽油。高下立判。

核裂變最致命的是貽害千年的核輻射,而核聚變則是清潔能源;氫彈的核輻射是因為其中攜帶的原子彈。

五、和平使用

世界上已經建成了很多使用裂變反應堆的核電站,核電的使用已經相當廣泛。但是由於核裂變條件很容易達到,所有的核電站都有反應失控的風險,都是一顆潛在的原子彈。切爾諾貝利事件和福島核洩露時刻讓我們保持警惕。

可控核聚變由於其條件苛刻,還沒有實現商用,各國都投入了巨大的精力去研究。未來一旦投入商用,世界將會獲得儲量巨大的清潔能源,整個世界將會發生翻天覆地的變化。


仰望星空俯瞰世界


先舉兩個例子,目前核電廠等應用的都是核裂變,我們最熟悉的恆星,太陽就是核聚變,目前我們能夠實現核聚變但卻無法回收和控制核聚變的能量,這也是一個世界性難題,



核聚變要在近億度高溫條件下進行,地球上原子彈爆炸時可以達到這個溫度。用核聚變原理造出來的氫彈就是靠先爆發一顆核裂變原子彈而產生的高熱,來觸發核聚變起燃器,使氫彈得以爆炸。但是,用原子彈引發核聚變只能引發氫彈爆炸,卻不適用於核聚變發電,因為電廠不需要一次驚人的爆炸力,而需要緩緩釋放的電能。



核聚變,又稱核融合,是指由質量小的原子,比方說氘和氚,在一定條件下發生原子核互相聚合作用,生成中子和氦-4,並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。



原子核中蘊藏巨大的能量,原子核之靜質量變化造成能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核,稱為核裂變,如原子彈爆炸;如果是由較輕的原子核變化為較重的原子核,稱為核聚變,如恆星持續發光發熱的能量來源。 相比核裂變,核聚變的放射性汙染等環境問題少很多。如氘和氚之核聚變反應,其原料可直接取自海水,來源幾乎取之不盡,因而是比較理想的能源取得方式。


叮叮噹噹咣咣


人類利用核能是從核裂變開始的,從費米在芝加哥大學建立人類第一個核反應堆開始,到後來美國轟炸日本的兩顆原子彈,再到現在的核電站,這些都是核裂變的產物。


核裂變的原理其實並不複雜,其實就是用中子去轟擊裂變材料的重原子核,這些重原子核被轟擊後會分裂為二到三個輕原子核,同時還會釋放出二到三個中子,這些中子又會轟擊其他的重原子核,這樣一來在極短的時間內就釋放了巨大的能量,這種過程被稱為鏈式反應,就好像一變二,二變四,四變八一樣。

一克鈾完全裂變後的能量相當於2.5噸標準煤,但是核裂變在釋放巨大能量後產生的核廢料有很強大輻射,所以現在世界各國都在抓緊時間研製沒有核輻射的可控核聚變技術。

核聚變反應和核裂變反應剛好相反,核裂變是重原子核分裂為輕原子核,而核聚變則是讓輕原子核結合成較重的原子核從而釋放能量,可控核聚變的能量要比可控核裂變大的多,並且也不會產生核輻。

人類很早以前就掌握了不可控核聚變技術製造了氫彈,氫彈是內部還有一個原子彈,因為只有原子彈爆炸瞬間的高溫高壓才能讓聚變材料成功進行核聚變,因而氫彈爆炸後是由輻射的,而現在的可控核聚變研究是利用託卡馬克裝置來產生高溫高壓從而代替原子彈的點火功能,所以未來的核聚變反應堆是沒有輻射的。


其實核裂變和核聚變都屬於核反應,只不過兩者能量釋放形式存在差異。


宇宙探索未解之迷


核聚變反應和核裂變反應剛好相反,核裂變是重原子核分裂為輕原子核,而核聚變則是讓輕原子核結合成較重的原子核從而釋放能量,可控核聚變的能量要比可控核裂變大的多,並且也不會產生核輻。

裂變和聚變的區別是什麼

核裂變是重原子核分裂為輕原子核,並在極短的時間內就釋放了巨大的能量,能量釋放後會產生的核廢料有很強大輻射。

裂變和聚變的區別是什麼

而核聚變反應和核裂變反應剛好相反,核聚變則是讓輕原子核結合成較重的原子核從而釋放能量,如恆星持續發光發熱的能量來源,可控核聚變的能量要比可控核裂變大的多,並且也不會產生核輻。



漫談閒說


核聚變與核裂變看起來是相反的兩件事,就像前面朋友說的,一個是結婚,一個是離婚,這就是區別。

但從本質上來講,結婚和離婚都屬於婚姻關係問題。核聚變和核裂變也一樣,本質上都是質能轉換的方式,都逃脫不了愛因斯坦給它們設下的質能轉換公式這個套套。

這個偉大的公式最簡單的表述為:E=mc^2。

這個公式裡的E代表能量,m代表質量,c代表光速。

這個公式說明一切物質都可以轉換為能量,而且一旦質量全部轉化為能量,這個能量就異常驚人。

核聚變就是在特別的高溫高壓下,小質量的原子核融合為一個較大質量的原子核,所以比喻為結婚;而核裂變則是一個較大質量的原子核,通過某種環境,比如用中子轟擊,分裂成兩個比較小的原子核,形成連鎖反應。

這兩個變化都會產生巨大的能量,但核聚變所產生的能量相對比核裂變大很多,理論上要大5倍以上。

核聚變反應時發生的質能轉化率約0.7%,核裂變的質能轉化率約0.135%。氫彈是核聚變的瞬間釋放,原子彈是核裂變的瞬間釋放,這個兩彈原則上都叫不可控核聚變或者核裂變。

還有一個最典型的例子是太陽核心區時時刻刻都在核聚變,靠著核聚變支撐了50億年。太陽這個核聚變每秒鐘有6億噸的氫融合為5.96億噸的氦,並釋放出400萬噸氫的能量,以電磁輻射的方式傳播到太空,我們地球可以接受到其總量的20億分之一,就相當於每秒鐘爆炸2000多顆廣島核彈,或1000萬座三峽大壩發電總和。

太陽的這種核聚變實際上是一種可控核聚變,但這種可控是自然的力量。是太陽質量的巨大引力約束與中心核聚變的巨大擴張力,形成了平衡,使這種反應能夠在中心持續進行著。這種反應還可以進行50億年,一直到中心的氫燃燒殆盡,引力平衡被打破,太陽就會壽終正寢了,先變成一個紅巨星,最後收縮成一個白矮星。

現在人類已經掌握了可控核裂變,並以核電的方式造福於人類。但可控核聚變還在努力的實驗開發中,雖然已經取得了很大進展,但距離商業化運行還有一個相當長的過程。

完美的質能轉換當然是全部質量轉化為能量,理論上只有反物質湮滅能夠做到。想一想,核聚變只是利用了質量的0.7%,就能取得驚人的能量,反物質質量全部轉換成能量,這個能量有多大?

據測算,1克反物質湮滅,可以產生180萬億焦耳的能量,相當於4.3萬噸黃色烈性炸藥的威力,也就是約3個廣島原子彈的能量。

人類發現了這個自然規律,對能量的控制和利用將不斷升級,人類的文明等級也將不斷提升。

時空通訊觀點,歡迎點評討論。


時空通訊


1.什麼是核聚變,或熱核反應。核是指由質量小的原子,主要是指氘,在一定條件下(如超高溫和高壓),只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛,讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起,發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核(如氦),中子雖然質量比較大,但是由於中子不帶電,因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來,大量電子和中子的釋放所表現出來的就是巨大的能量釋放。這是一種核反應的形式。



2.原子核中蘊藏巨大的能量,原子核的變化(從一種原子核變化為另外一種原子核)往往伴隨著能量的釋放。核聚變是核裂變相反的核反應形式。科學家正在努力研究可控核聚變,核聚變可能成為未來的能量來源。核聚變燃料可來源於海水和一些輕核,所以核聚變燃料是無窮無盡的。


3.人類已經可以實現不受控制的核聚變,如氫彈的爆炸。

4.太陽上的核聚變。太陽上的核聚變是一鍾自可控核聚變。產生可控核聚變需要的條件非常苛刻。我們的太陽就是靠核聚變反應來給太陽系帶來光和熱,其中心溫度達到1500萬攝氏度,另外還有巨大的壓力能使核聚變正常反應,達到“自可控”運行。


5.而地球上沒辦法獲得巨大的壓力,只能通過提高溫度來彌補,不過這樣一來溫度要到上億度才行。核聚變如此高的溫度沒有一種固體物質能夠承受,只能靠強大的磁場來約束。由此產生了磁約束核聚變。

6、人工可控核聚變的代數

聚變反應中子的麻煩之處在於中子可以跟反應裝置

的牆壁發生核反應。用一段時間之後就必須更換,很費錢。而且換下來的牆壁可能有放射性(取決於牆壁材料的選擇),成了核廢料。還有一個不好的因素是氚具有放射性,而且氚也可能跟牆壁反應。

氘氚聚變只能算”第一代”聚變,優點是燃料便宜,缺點是有中子。

“第二代”聚變是氘和氦3反應。這個反應本身不產生中子,但其中既然有氘,氘氘反應也會產生中子,可是總量非常非常少。如果第一代電站必須遠離鬧市區,第二代估計可以直接放在市中心。

“第三代”聚變是讓氦3跟氦3反應。這種聚變完全不會產生中子。這個反應堪稱終極聚變。


7.人工可控核聚變的種類。

太陽的能量來自它中心的熱核聚變,其自可控前面己說明。而人I實現核聚可控方式通常有三種方式來產生核聚變:

1.重力場約束;2.慣性約束;3.磁約束。

其中主要的可控核聚變方式:

激光約束(慣性約束)核聚變(如我國的神光計劃,美國的國家點火計劃都是這種形式)

磁約束核聚變(託卡馬克、仿星器、磁鏡、反向場、球形環等),這種方式目前被認為是最有前途的。


沈大哥


一個是重元素的分裂,另一個是輕元素的聚合。原子核內質子中子的聚集或裂開會產生新的元素,同時伴隨質量的損失以及能量的釋放。

這其中比較容易實現的是重原子的裂開,即核裂變。用中子去撞擊本來就在緩慢裂解的放射性元素就可以實現,於是原子彈被製造出來。原料是放射性的鈾235或鈈239,中子撞擊到原子核使其裂開後,本身就會釋放出中子,這個中子再去撞擊其他原子核形成鏈式反應,反應的劇烈程度取決於原子的密度,密度越大被中子撞擊到的概率就越大,反應也就越劇烈。不難理解,密度大了就是原子彈,密度小的就是裂變核電站。難點在於核原料濃縮技術。

而核聚變是兩個氫原子核聚集成為一個氦原子核的過程,這個反應中會出現更大的質量損失。聚變反應相同質量的原料所釋放的能量是裂變反應的4倍(Eh=4Eu),但核聚變更大的優勢在於其原料氫的同位素氘和氚大量的儲藏於海水中,1升海水蘊含的氘和氚聚變產生的能量相當於300升汽油。以現在人類消耗能源的速度算下來,地球上的海水可供人類用上百億年,而太陽在50億年後都沒了,所以說可控核聚變是無限能源一點也不為過。而聚變反應沒有任何放射性,其反應產物氦是惰性氣體,不會像現在裂變核電站產生的核廢料一樣危險且難以處理。難點在於無法承受的高溫高壓。


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