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发信人: yanyanyan (风), 信区: Physics
标  题: ６６　我们得把氢加热到多高的温度和保持这个温度多
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年02月21日17:29:58 星期三), 站内信件


　　

６６　我们得把氢加热到多高的温度和保持这个温度多
　　　长的时间，才能使聚变反应持续进行下去？

　　当氢被加热到越来越高的温度时，它就会以越来越快的
速率通过辐射丧失它的能量。另一方面，随着温度的继续上
升，氢原子会失去它们的电子，只剩下裸露的原子核撞击在
一起并发生聚变。当发生这样的聚变时，就会产生能量。这
时，由于温度继续升高，便会通过聚变产生越来越多的能量。
　　随着温度的上升，聚变所产生的能量的数量增加的速率，
将大于通过辐射损失能量的速率。在某一个临界温度下，聚
变所产生的能量正好同通过辐射损失掉的能量一样多。在这
种条件下，温度将保持不变，因而聚变反应就会变成自持的。
只要有更多的氢不断供给这样一个系统，能量就会源源不绝
地产生出来。
　　发生聚变所要求的温度随着氢的“品种”的不同而改变。
最常见的是氢（Ｈ），它的原子核是由一个质子构成的。然
而还有重氢，即氘（Ｄ），它的原子核由一个质子和一个中
子构成，还有一种放射性氢，氚（Ｔ），它的原子核由一个
质子和两个中子构成。
　　在一定的温度下，氘的聚变所产生的能量比氢的聚变多，
而氚的聚变所产生的能量还要更多。
　　当只有氢发生聚变时，在一定温度下产生的能量太少了，
因此，要在实验室中让这种反应持续进行下去，就要求温度
超过摄氏十亿度。不错，在太阳的中心是氢在发生聚变，而
那里的温度只有１５，０００，０００℃，但是，在这样低
的温度下，只有很小一部分氢参加聚变。但由于太阳上氢的
数量极大，所以，尽管发生聚变的氢只占很小一部分，也已
足以使太阳维持现有的辐射了。
　　当只由氚发生聚变时，为引燃这种反应所需要的温度是
最低的，那只需要达到几百万度。遗憾的是，氚是不稳定的，
它在自然界中根本就不存在。在需要用到它时，必须在实验
室里把它制造出来，因此，仅仅用氚是不可能使聚变反应以
地球上所需要的数量持续进行下去的。
　　氘发生聚变的引燃温度是４００，０００，０００℃。
氘是稳定的，但数量很少。在６，７００个氢原子当中，只
有一个原子是氘。不过，这就已经不算太少了。一升普通水
中的氘发生聚变时，已足以产生出燃烧３００升汽油所产生
的能量了。
　　达到必要温度的一个办法，是添进适当数量的氚，使它
作为诱因去起作用。氘同氚的聚变只要在４５，０００，
０００℃就可以引燃了。如果这种反应稍稍进行一会儿，其
余的混合物就会被加热到足够高的温度，因而可以引燃氘本
身的聚变反应。
　　这个温度所需保持的时间长度取决于氢的密度。每立方
厘米中的原子越多，碰撞的次数也越多，引燃就发生得越快。
如果每立方厘米有１０^15个原子（约为普通大气每立方厘米
所含分子数的万分之一），那么，就必须把这个温度保持２
秒钟。
　　当然，密度和温度越高，就越难使氘聚集在一起，尽管
引燃聚变反应所需要的时间非常短暂。正因为这样，这些年
来聚变系统一直在取得缓慢的改进，但却仍然没有达到引燃
的条件。

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