軍事常識 核聚變

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\"content\": \"核聚變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），發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，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。如果是由重的原子核變化為輕的原子核，叫核裂變，如原子彈爆炸；如果是由輕的原子核變化為重的原子核，叫核聚變，如太陽發光發熱的能量來源。\\n\\n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，來源幾乎取之不儘，是理想的能源方式。\\n\\n目前人類已經可以實現不受控製的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控製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製核聚變，但是現在看來還有很長的路要走。\\n\\n目前主要的幾種可控核聚變方式：\\n\\n超聲波核聚變\\n\\n鐳射約束（慣性約束）核聚變\\n\\n磁約束核聚變（托卡馬克）\\n\\n核聚變 - 核聚變的另一定義\\n\\n比原子彈威力更大的核武器—氫彈，就是利用核聚變來發揮作用的。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。隻有較輕的原子核才能發生核聚變，比如氫的同位素氘(dao)、氚(chuan)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。\\n\\n核聚變能釋放出巨大的能量，但目前人們隻能在氫彈爆炸的一瞬間實現非受控的人工核聚變。而要利用人工核聚變產生的巨大能量為人類服務，就必須使核聚變在人們的控製下進行，這就是受控核聚變。\\n\\n實現受控核聚變具有極其誘人的前景。不僅因為核聚變能放出巨大的能量，而且由於核聚變所需的原料——氫的同位素氘可以從海水中提取。經過計算，1升海水中提取出的氘進行核聚變放出的能量相當於100升汽油燃燒釋放的能量。全世界的海水幾乎是“取之不儘”的，因此受控核聚變的研究成功將使人類擺脫能源危機的困擾。\\n\\n但是人們現在還不能進行受控核聚變，這主要是因為進行核聚變需要的條件非常苛刻。發生核聚變需要在1億度的高溫下才能進行，因此又叫熱核反應。可以想象，冇有什麼材料能經受得起1億度的高溫。此外還有許多難以想象的困難需要去克服。儘管存在著許多困難，人們經過不斷研究已取得了可喜的進展。科學家們設計了許多巧妙的方法，如用強大的磁場來約束反應，用強大的鐳射來加熱原子等。可以預計，人們最終將掌握控製核聚變的方法，讓核聚變為人類服務。\\n\\n利用核能的最終目標是要實現受控核聚變。裂變時靠原子核分裂而釋出能量。聚變時則由較輕的原子核聚合成較重的較重的原子核而釋出能量。最常見的是由氫的同位素氘（讀\\\"刀\\\"，又叫重氫）和氚（讀\\\"川\\\"，又叫超重氫）聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。 核聚變較之核裂變有兩個重大優點。一是地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。據測算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經過核聚變可提供相當於300升汽油燃燒後釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍，可以說是取之不竭的能源。至於氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產生，而海水中也含有大量鋰。\\n\\n第二個優點是既乾淨又安全。因為它不會產生汙染環境的放射性物質，所以是乾淨的。同時受控核聚變反應可在稀薄的氣體中持續地穩定進行，所以是安全的。\\n\\n目前實現核聚變已有不少方法。最早的著名方法是\\\"托卡馬克\\\"型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產生的強大磁場，把等離子體約束在很小範圍內以實現上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近於成功，但要達到工業應用還差得遠。按照目前技術水平，要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。\\n\\n另一種實現核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內。從外麵均勻射入鐳射束或粒子束，球麵因吸收能量而向外蒸發，受它的反作用，球麵內層向內擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束），就像噴氣飛機氣體往後噴而推動飛機前飛一樣，小球內氣體受擠壓而壓力升高，並伴隨著溫度的急劇升高。當溫度達到所需要的點火溫度（大概需要幾十億度）時，小球內氣體便發生爆炸，併產生大量熱能。這種爆炸過程時間很短，隻有幾個皮秒（1皮等於1萬億分之一）。如每秒鐘發生三四次這樣的爆炸並且連續不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當於百萬千瓦級的發電站。\\n\\n原理上雖然就這麼簡單，但是現有的鐳射束或粒子束所能達到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術上的問題，使慣性約束核聚變仍是可望而不可及的。\\n\\n儘管實現受控熱核聚變仍有漫長艱難的路程需要我們征服，但其美好前景的巨大誘惑力，正吸引著各國科學家在奮力攀登。\\n\\n核聚變 - 補充內容：\\n\\n每克氘聚變時所釋放的能量為5.8×108kJ，大於每克U－235裂變時所釋放的能量（8.2×107KJ）。從能源的角度考慮，核聚變有幾個方麵比核裂變優越：其一，聚變產物是穩定的氦核，冇有放射性汙染產生，冇有難於處理的廢料；其二，聚變原料氘的資源比較豐富，在海水中氘和氫之比為1.5×10-4∶1，地球上海水總量約為1018噸，其中蘊藏著大量的氘，提煉氘比提煉鈾容易得多。遺憾的是這個聚變反應需要非常高的溫度，以克服兩個帶正電的氘核之間的巨大排斥力（從理論計算，要克服這種庫侖斥力需要109℃的高溫）。氫彈的製造原理，就是利用一個小的原子彈作為引爆裝置，產生瞬間高溫引發上述聚變反應發生強烈爆炸。氫元素的幾種同位素之間能發生多種聚變反應，這種變化過程存在於宇宙之間，太陽輻射出來的巨大能量就來源於這類核聚變。但我們目前尚冇有辦法在地球上利用這類核聚變發電，怎樣能取得這樣高的溫度？用什麼材料製造反應器？怎樣控製聚變過程等各種問題尚無答案。\\n\\n補充：我國核聚變裝置的最新訊息：\\n\\n新華網合肥９月２８日電（記者喻菲 蔡敏 程士華）世界領先的中國新一代熱核聚變裝置ＥＡＳＴ２８日首次成功完成了放電實驗，獲得電流２００千安、時間接近３秒的高溫等離子體放電。\\n\\n負責這一項目的中國科學院等離子體所所長李建剛研究員在接受新華社記者采訪時說，此次實驗實現了裝置內部１億度高溫，等離子體建立、圓截麵放電等各階段的物理實驗，達到了預期效果。\\n\\n工藝鑒定組專家、中科院基礎科學研究局金鐸研究員在實驗後的新聞釋出會上宣佈，ＥＡＳＴ通過國家“九五”大科學工程工藝鑒定。 參與ＥＡＳＴ研究合作的美國通用原子能公司蓋瑞·傑克遜博士說：“ＥＡＳＴ成為世界上第一個建成並真正運行的全超導非圓截麵核聚變實驗裝置，它將在未來１０年內保持世界先進水平。”\\n\\n據瞭解，ＥＡＳＴ裝置是中國耗時８年、耗資２億元人民幣自主設計、自主建造而成的。\\n\\n記者在實驗控製室看到，這個近似圓柱形的大型物體由特種無磁不鏽鋼建成，高約１２米、直徑約５米，據介紹其總重量達４００噸。\\n\\n李建剛研究員說，與國際同類實驗裝置相比，ＥＡＳＴ是使用資金最少、建設速度最快、投入運行最早、運行後獲得等離子放電最快的先進核聚變實驗裝置。\\n\\n“這意味著人類在覈聚能研究利用領域取得重大進步，也標誌著中國在這一領域進入國際先進水平”，李建剛說。\\n\\n人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。氫彈爆炸時釋放出極大的能量，給人類帶來的是災難。而科學家們卻希望發明一種裝置，可以有效地控製“氫彈爆炸”的過程，讓能量持續穩定的輸出，以解決人類麵臨的能源短缺危機。\\n\\n美、法等國在２０世紀８０年代中期發起了耗資４６億歐元的國際熱覈實驗反應堆（ＩＴＥＲ）計劃，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆，為人類輸送巨大的清潔能量。這一過程與太陽產生能量的過程類似，因此受控熱核聚變實驗裝置也被俗稱為“人造太陽”。\\n\\n中國於２００３年加入ＩＴＥＲ計劃。位於安徽合肥的中科院等離子體所是這個國際科技合作計劃的國內主要承擔單位，其研究建設的ＥＡＳＴ裝置穩定放電能力為創記錄的１０００秒，超過世界上所有正在建設的同類裝置。\\n\\nＥＡＳＴ大科學工程總經理萬元熙教授說，與ＩＴＥＲ相比，ＥＡＳＴ在規模上小很多，但兩者都是全超導非圓截麵托卡馬克，即兩者的等離子體位形及主要的工程技術基礎是相似的，而ＥＡＳＴ至少比ＩＴＥＲ早投入實驗運行１０至１５年。因此，無論從人才培養和奠定工程技術及物理基礎的角度上說，ＥＡＳＴ都將為ＩＴＥＲ計劃做出重要的、實質性的貢獻，並進而為人類開發和最終使用核聚變能做出重要貢獻。\\n\\n不過，萬元熙研究員說，雖然“人造太陽”的奇觀在實驗室中初現，但離真正的商業運行還有相當長的距離，它所發出的電能在短時間內還不可能進入人們的家中。但他預測，根據目前世界各國的研究狀況，這一夢想最快有可能在３０－５０年後實現。\\n\\n萬元熙說，未來的穩態運行的熱核聚堆用於商業運行後，所產生的能量夠人類用數億年乃至數十億年。從長遠來看，核能將是繼石油、煤和天然氣之後的主要能源，人類將從“石油文明”走向“核能文明”\\n\\n核試驗\\n\\n通過核裝置爆炸進行的試驗研究工作。其主要目的是：鑒定核裝置的威力及其他效能，驗證理論計算和結構設計是否合理，為改進核武器設計或定型生產提供依據；在覈爆炸環境下研究核爆炸現象學和各種殺傷破壞因素的變化規律，研究核爆炸的和平利用等。它是一項規模很大、需要多學科、多部門協同配合和耗費大量人力、物力的科學試驗。\\n\\n核試驗有各種分類方法。按試驗目的，可分為武器原理試驗、武器改進試驗、武器定型試驗、武器安全試驗、效應研究試驗，以及為和平利用所進行的核試驗等。但這種分類並不十分嚴格。通常，一次核試驗可包含多重目的。\\n\\n程式 核試驗一般可分為三個階級:①準備階段。準備核試驗裝置和場地,佈設控製設備,安放記錄儀器和效應物，製定安全保障措施和意外情況的應急措施等。在進行大氣層試驗時，應十分注意選擇氣象條件，以儘量減少放射性沉降的危害。②實施階段。引爆核裝置，測量記錄核爆炸的各種信號，速報試驗的初步結果，收集爆炸產物樣品，回收試驗成果，探測放射性劑量分佈等。③分析與總結階段。判讀、處理並分析測試數據，作出試驗總結。\\n\\n方式 按試驗時的環境條件不同，核試驗的方式有：大氣層核試驗、高空核試驗、地下核試驗和水下核試驗。核試驗方式的選擇與試驗目的有關。\\n\\n大氣層核試驗 指爆炸高度在30公裡以下的空中核試驗和地（水）麵核試驗。核裝置可用飛機或火箭運載、氣球吊升等方法送到預定高度，也可置於鐵塔或地(水)麵上爆炸。大氣層核試驗便於進行大氣中的力學、光學、核輻射與電磁波的測量,以及放射性沉降規律的研究,及時回收核反應產物，觀測和研究核爆炸效應；但是，大氣層核試驗會造成一定程度的放射性沾染，且不利於保密。爆炸高度大於一定值時，可避免爆炸氣浪掀起的地（水）麵塵（水）柱與煙雲相接，大大減少區域性放射性沉降。直接在地（水）麵或鐵塔上進行核試驗，核裝置固定，便於測試，但由於煙雲與地（水）麵塵（水）柱相混，會造成比較嚴重的區域性環境沾染。\\n\\n高空核試驗 爆炸高度大於30公裡的核試驗。其中，爆炸高度在 100公裡以上的亦稱外層空間(或宇宙空間)核試驗。試驗用運載火箭將核裝置送到預定高度實施爆炸。主要目的是：研究高空核爆炸的各種效應，如核輻射、 電磁脈衝、X射線等對導彈彈頭和航天器的破壞作用，為研製反導彈導彈或反航天器的核彈頭和提高核武器的突防能力提供依據；研究高空核爆炸對無線電通訊和雷達係統的影響；研究電子流在地磁場中的運動規律等。\\n\\n地下核試驗 將核裝置放在豎井或水平坑道中爆炸的核試驗。其爆炸效應的研究受到一定限製，場地的工程量較大，尤其是大當量試驗困難較多。但封閉式地下核試驗有其明顯的優點：核裝置位置固定,便於測試,特彆有利於近區物理測量；受氣象條件影響小，利於安全保密，可減少對環境的放射性沾染；便於創造模擬高空環境的真空條件，研究某些高空核爆炸效應；還可研究核爆炸的和平利用，如探索開挖礦藏和製取特殊材料的可能性等。\\n\\n水下核試驗 用靶船、魚雷或深水炸彈將核裝置送至水下預定深度爆炸的核試驗。目的是研究核爆炸對艦艇、海港、大型水利設施等的破壞效果，或進行反潛艇研究等。\\n\\n診斷 測量與分析核爆炸的結果，確定核裝置的爆炸當量,判明核裝置內部核反應的情況,測定核爆炸效應參數等。診斷手段的選擇依試驗目的與方式而定，通常可分成兩大類。一類是物理測量與分析：①核輻射（瞬發中子、γ射線）與X射線測量。 這些射線的強度與爆炸當量有關，它們的能量分佈(能譜)隨時間的變化（時間譜）和隨角度的變化(角分佈)，能反映核裝置的物理特性。測量不同距離上的核輻射，可積累輻射劑量破壞效應的數據並研究其規律。②光學測量。大氣層核試驗時，可測量核爆炸火球發展和光輻射（包括紫外線、可見光與紅外線）強度隨時間的變化，用以估算當量，並提供光輻射破壞效應數據。③力學測量。測量距爆心不同距離處介質中的衝擊波。它可用來測定當量並提供破壞效應的力學數據。④電磁脈衝測量。用來研究核爆炸的電磁脈衝效應，在一定條件下可判斷爆炸類型並粗估當量。第二類是放射化學測量與分析。大氣層核試驗時，可用攜帶取樣器的飛機或火箭，收集爆炸產物樣品或沉降物樣品;地下核試驗時,采用鑽探等方法取樣。從樣品中分析裂變產物的生成量，可推斷裂變當量的大小。分析核裝料中各種同位素含量的變化，可得到核裝料的燃耗等數據。放射化學測量與分析是測定核爆炸當量較可靠的手段。此外，核試驗時，根據需要還可進行放射性沾染參數的測量和各種殺傷破壞效應的實驗與觀測。\\n\\n簡況 從1945年7月16日美國進行世界上首次核試驗到1985年底，有核國家共進行了1500多次核試驗。其中，美國700多次,蘇聯500多次，法國100多次。美、蘇兩國核試驗次數約占總數的90％。主要國家核試驗簡況見表。擁有核武器的國家一般都是首先進行大氣層核試驗。因為它易於實現，便於積累有關衝擊波、光輻射、核輻射等的試驗資料，實地研究各種殺傷破壞效應，並便於對大當量氫彈進行驗證。在這些目的達到之後，就逐步轉入地下核試驗。美、 蘇、 英三國在進行了大量的大氣層和其他方式的核試驗之後，1963年 8月在莫斯科簽訂了《禁止在大氣層、外層空間和水下進行核武器試驗條約》（見《部分禁止核試驗條約》）；1974年 7月，美、蘇兩國又簽訂了《限製地下核試驗當量條件》，規定從1976年3月31日起,不再進行爆炸當量在15萬噸以上的地下核試驗。由於美、蘇兩國已積累了大量的核試驗資料，完全有可能通過低當量的地下核試驗研製和完善各種核武器。中國於1964年10月16日進行了首次原子彈試驗。1966年12月28日進行了氫彈原理試驗。\\n\\n地下核試驗 - 地下核試驗 地下核試驗是把設計的核裝置（或核彈頭）經過多種複雜的環境考驗後，放到一定深度的地下進行核爆炸，以驗證所試驗的核裝置（或核彈頭）是否滿足要求，驗證理論計算和工程設計是否正確，以改進設計和為生產提供科學依據等。\\n\\n地下核試驗 - 全球統計 截止到1998年5月底為止，全世界總共進行了2058次核試驗，其中美國進行了1032次，前蘇聯進行715次，法國進行了210次，英國進行了45次，中國45次，印度5次，巴基斯坦6次。\\n\\n\"

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