
裂變和融合都是天然的原子過程,它們釋放了令人難以置信的能量,但在許多方面,它們是對立的。裂變涉及單個,通常重的原子核的分裂,而融合需要組合兩個或更多光原子。
原子包括質子和中子結合在中央核中。放射性元素,喜歡鈾,可能包含數十個原子心中的顆粒。
當鈾自發衰減等重元素時,就會發生裂變,這會導致其核分裂。所得半半的質量比原始原子核的質量略低,並且缺失的質量轉化為能量。
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物理學家Lise Meitner和Otto Frisch發現1938年12月,在收到核化學家奧托·哈恩(Otto Hahn)的私人信後的原理。哈恩的實驗表明,被中子轟炸的鈾原子會分裂,米特納和弗里施使用了新科學量子力學解釋為什麼會發生這種情況。
這三位科學家很快就意識到了他們發現的可怕含義,這是在第二次世界大戰的陰影下發生的。裂變的一個實例可能會釋放相對較小的功率,但是同時發生的許多裂變反應如果用來開發諸如原子彈。
能源和武器的核裂變
當鈾原子自然會經歷裂變時,它會釋放出一個將圍繞的中子。如果此中子撞擊附近的其他鈾原子,它們也會分裂,形成級聯的鏈反應。 1951年,工程師建造了第一個利用核裂變過程以產生能量的發電廠。美國能源部。
在核電站中,該過程經過精心控制。裂變會釋放熱量,該熱量沸騰並產生旋轉渦輪機的蒸汽。
但是在原子彈中,級聯的鏈反應螺旋式失控,裂變以不斷增長的速度發生。這在短時間內釋放了大量的動力,從而產生了毀滅性的炸彈爆炸。
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為什麼融合還沒有產生能量
相比之下,Fusion尚未作為人類電源來充分發展。在核融合中,一個光元素的兩個核(例如氫)必須克服其自然電磁排斥並合併成一個較重的核。
所得的實體比原始的兩個核的質量略低,就像裂變一樣,這種缺失的質量被轉化為能量。但是,產生足夠的力量將原子粉碎在一起,直到它們堅持並不容易,並且通常需要恆星腹部的極端環境。
工程師長期以來一直夢想著在這裡做出持續的融合反應地球。融合能力比裂變產生的核廢料少,並使用相對常見的光元素,例如氫而不是稀有鈾,作為燃料供應。國際原子能局。
但是,很難創建和維持融合。一個國際實驗,以測試使用持續的核融合產生能量的可行性建造了一個磁鐵這是一棟四層樓高的建築物,強大的280,000倍地球的磁場作為國際熱核實驗反應堆(ITER)的一部分。
但是Iter是35個國家之間的科學夥伴關係,在建設過程中遭受了許多延誤,預計不會產生比消耗更多的動力至少2030年代。