物理学前言原子能及和平利用2.pptVIP

自从人类学会如何使用能源使自己生活更加舒适和方便后，人们使用能源的能力和对能源的消耗就不断增加。工业文明发展之后，这种需求和增加就越来越快。为了保持人类的舒适生活，现在对能源的消耗极大。;各种化石能源的使用年限;7. 能源消耗现状; 矿物能源不仅造成各种污染和“温室效应”，而且大约在200年之内，石油、煤和天然气资源都有枯竭之虞。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。;*; 即每个氘核聚变后可产生约7.2MeV的能量，是每个重核裂变释放能量0.85MeV的8.5倍，单位质量的氘核聚变释放的能量比裂变大很多，这是聚变反应作为一种潜在新能源的突出优点，地球上风能，水能，以及生物生长的能量等等几乎都来自于太阳，而太阳表面所发生的就是核聚变反应。太阳本身就是一个超大的核聚变反应堆。 ;氘;氚; 现在人类的氚都是人工制造而非天然提取的，人们通常用重水反应堆在发电之余人工制造少量的氚，它是地球上最贵的东西之一，一克氚价值超过30万美元，仅在美国保存有30公斤左右的氚。 ;氚;等离子体;等离子体的约束方法; 其实，利用轻核聚变原理，人类早已实现了氘氚核聚变---氢弹爆炸，但氢弹是不可控制的爆炸性核聚变，瞬间能量释放只能给人类带来灾难。如果能让核聚变反应按照人们的需要，长期持续释放，才能使核聚变发电，实现核聚变能的和平利用。 ;在人工控制下的聚变称为受控聚变，释放受控聚变能量的装置，称为聚变反应堆或聚变堆。; 如果要实现核聚变发电，那么在核聚变反应堆中， 第一步需要将作为反应体的氘-氚混合气体加热到等离子态，也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，让原子核能自由运动，这时才可能使裸露的原子核发生直接接触，这就需要达到大约10万摄氏度的高温。 第二步，由于所有原子核都带正电，按照同性相斥原理，两个原子核要聚到一起，必须克服强大的静电斥力。两个原子核之间靠得越近，静电产生的斥力就越? 大，只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时，核力（强作用力）才会伸出强有力的手，把它们拉到一起，从而放出巨大的能量。 ; 质量轻的原子核间静电斥力最小，也最容易发生聚变反应，所以核聚变物质一般选择氢的同位素氘和氚。氢是宇宙中最轻的元素，在自然界中存在的同位素有： 氕、氘 （重氢）、氚（超重氢）。在氢的同位素中，氘和氚之间的聚变最容易，氘和氘之间的聚变就困难些，氕和氕之间的聚变就更困难了。因此人们在考虑聚变时，先考虑氘、氚之间 的聚变，后考虑氘、氘之间的聚变。重核元素如铁原子也能发生聚变反应，释放的能量也更多；但是以人类目前的科技水平，尚不足满足其聚变条件。 ;为了克服带正电子原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，要使原子核达到这种运行状态，就需要继续加温，直至上亿摄氏度，使得布朗运动达到一个疯狂的水平，温度越高，原子核运动越快。以至于它们没有时间相互躲避。然后就简单了，氚的原子核和氘的原子核以极大的速度，赤裸裸地发生碰撞，结合成1个氦原子核，并放出1个中子和17。6兆电子伏特能量。 ; 反应堆经过一段时间运行，内部反应体已经不需要外来能源的加热，核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要将氦原子核和中子及时排除出反应堆，并及时将新的氚和氘的混合气输入到反应堆内，核聚变就能持续下去；核聚变产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，剩余大部分的能量可以通过热 交换装置输出到反应堆外，驱动汽轮机发电。这就和传统核电站类似了。 ;聚变反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。; 氘在海水中大量存在。海水中大约每600个氢原子中就有一个氘原子，海水中氘的总量约45万亿吨。按目前世界消耗的能量计算，海水中氘的聚变能可用几百亿年。地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，因此，核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。;3、轻核聚变更为安全、清洁 高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理,同时受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行，所以是安全的。;现在的技术还不能很好的控制聚变反应，问题有：; 三种约束极 高温热核聚变 燃料等离子体 的途径： 重力约束； 惯性约束； 磁约束； ;*; 惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束