人类目前对能源的需求越来越大，传统能源不仅存在高污染，而且面临能源枯竭的问题。在人类目前所发现的能源中，核能的能量密度是最大的，而核能的利用又分为核裂变和核聚变。利用核裂变的原理，人类制成了原子弹，利用核聚变原理，人类生产出了氢弹。从这两种核武器所释放出来的威力，我们就能看到核能的能量之大。通过爱因斯坦发现的质能方程E=MC²我们也能计算出物质所包含的巨大能量。能顺利的获取到这个能量或许能够永远地解决人类的能源危机。那么接下来我将对主要针对核能的原理以及利用核聚变实现“人造太阳计划”的科学原理以及技术制造做一个系列的详细讲解。

核裂变与核聚变的简要概述

核裂变

物质是由原子构成的，原子又包含原子中心的原子核和包围原子核的电子，原子核又是由质子与中子构成，质子与中子基本上占据了整个原子核的全部质量。

原子结构

核裂变的原子需要质量较大的原子作为原料（主要是指铀核U或钚核Pu），由于原子核内含有的质子与中子数较多，原子核较大，结构并不是很稳定，因此，在外界使用一个高速的中子对原子核进行撞击时，原子核会分裂产生两个甚至更多的原子核，同时释放出两到三个能量非常大的中子，释放的中子继续撞击其它相邻的原子，从而产生链式反应。在这个反应的过程中同时伴随着巨大的能量变化。

核裂变的能量非常大，目前在应用方面主要是制造原子弹和核电站。原子弹的应用就暂且不谈，并且在二战过程中，我们也见识过它的威力。我们主要将核能作为能源的利用。核裂变技术目前还是比较成熟，并且早在几十年前人类就已经利用核裂变产生的核能用于发电，世界上第一座核电站在1954年6月27日在前苏联建成。当时成为人类和平利用原子能的成功典范。

世界上第一个核电站

那么既然核裂变技术已经能够为人类产生巨大的能源了，为什么不大力发展，而还要花上巨大的资金研究核聚变发电，这其中就有很多核裂变使用过程中非常令人头痛的问题：

• 原料并不丰富，提取能耗大

核裂变的原料都是一些原子量非常大的元素，而自然状态下，这些元素的含量非常低，原料十分有限，并且核裂变需要的是高浓度的材料，从天然物质中提取这些元素也需要耗费大量的能源，当年居里夫人为了得到高纯的镭，在几十吨的矿石中仅提取出零点零几克。因此，原材料是其中一个问题。

• 容易产生核辐射，危害人类以及生态健康

由于这些重型元素非常不稳定，即使没有外界能量的输入，也会自发地进行衰变，也就是产生核辐射，这种变化会对人类的身体健康以及自然生态产生巨大的伤害。在核裂变的产物中，依旧存在辐射作用，因此产生的核废料非常难处理，即使是填埋对环境也会造成严重的污染。核电站的核泄漏也是一大安全隐患。

因此，人类在逐渐的向另一种核能——核聚变能源进行研究，核聚变的作用原理与核聚变过程刚好相反，核裂变是分裂，核聚变是聚合。

核聚变

核聚变是由质量较小的原子在超高温和高压条件下发生碰撞从而在强相互作用下吸引而发生聚合，在这个过程中也会释放出巨大的能量。那有些人就会产生疑惑，上面的裂变释放能量，为什么聚变也放出能量，这个过程不是相反的吗？那么这里就存在一个原子核能量的问题。

四大基本作用力

质子是带正电的，因此质子之间由于电磁力会相互排斥，这个时候，中子在质子之间起着“缓和”的作用，质子与中子之间存在强相互作用力，这个作用力是非常强的，并且只在很短的距离内发生作用，于是，在质子之间的排斥力就会与强力存在平衡，于是原子核变紧紧的束缚在一起，因此，不同原子核处于不同的能量状态，从这个能量的曲线我们可以知道所有元素中铁是最稳定，意味着铁原子携带的能量最低，也就是核子的平均质量最小，这个时候如果继续增大质量，质子数变多，半径变大，强力的作用变弱，而质子之间的作用力变强，这个斥力就有可能大于强力作用，从而导致原子核不稳定，能量变高。因此轻元素的聚变、重元素的裂变都可以释放出能量。

了解了聚变与裂变的能量变化规律，那么继续了解聚变的基本过程。

核聚变一般使用轻原子核，如氘和氚，这两个原子核进行聚合之后，会产生一个氦核和一个中子。并且释放17.6MeV的能量，核聚变反应最大的特征就是能产生巨大的能量，在相同质量下，产生的能量是石油的近800万倍。1g核聚变发电的“燃料”几乎能够产生8吨石油燃烧的能量。

核聚变过程

太阳就是一个核聚变的大锅炉，太阳基本上是由氢元素构成的一个天体，内部的温度极高，不断地发生着聚变反应，产生极大的压力，然而太阳的质量也非常大，因此也会产生很大的引力，这个内部压力与向内的引力保持着平衡，从而不会让太阳发生炸裂，核聚变反应也因此能够持续稳定的不断发生。

内部高温产生的压力与引力平衡

人类想要利用核聚变发电，就相当于要先建造一个“人造太阳”，这是能量的来源。实现核聚变的原材料是氘核和氚核，这些原材料在地球上几乎是无限的，直接在水中就能够提取到。与裂变相比，聚变基本不存在失控现象的发生，这是因为聚变是要高温高压条件才可以进行，而这些条件我们很容易进行改变，从而能使反应随时终止。因此，相比于核裂变发电，核聚变具备更多的优势。

氕、氘、氚原子核

总结

通过以上的分析，我们了解了核聚变与核裂变的详细原理，核裂变相对来说，实现更为简单。而要达到实现核聚变的条件，对技术以及设备要求非常高。人类利用核聚变的第一步就是制造出一个“人造太阳”，那么这个“人造太阳计划”的下一个过程是怎么样的，接下来此系列将会继续一步一步详细讲解。

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