量子、原子與核物理(入門)
核融合
核融合(nuclear fusion)是把兩個輕原子核結合成單一較重原子核的過程,釋放出巨大的能量。日常畫面:就像兩滴小水珠合併成一滴較大的水珠,兩個輕核(例如氫)可以融合成較重的核(例如氦),並在過程中釋出能量。它回答的問題是:是什麼讓太陽與眾星發光,而我們能否在地球上駕馭同樣的力量?
精確地說,當極輕的原子核融合時,產物綁得更緊(朝結合能曲線上鐵的頂峰攀升),於是損失少許質量並透過 E = m c^2 以能量形式釋放。但有一道兇猛的障礙:兩個核都帶正電、彼此強烈排斥,因此必須以極高的速度相撞才能接觸。這需要極端的溫度——數百萬度——使原子核快到足以克服排斥;這正是為什麼核融合是一種高溫、高密度電漿的過程。在太陽裡,氫核在核心那壓垮一切的高溫高壓下,一步步融合成氦。
為什麼重要:核融合是每一顆恆星的動力來源,也是宇宙中多數輕元素的起源;它每單位質量釋放的能量比核分裂還多,且產生的長壽命放射性廢料遠少得多。誠實的提醒:核融合在地球上極難達成與控制,因為要把電漿約束在數千萬度、且維持夠久以釋出淨能量,是一項艱鉅的工程挑戰;儘管歷經數十年努力,商業可行的核融合電廠至今仍不存在。
在太陽核心、約 1500 萬克耳文的高溫下,氫核經一連串步驟融合成氦;太陽每一秒把大約 400 萬公噸的質量轉換成溫暖地球的陽光。
融合輕核;眾星以此為動力,但在地球上卻難以馴服。
核融合只有對到鐵左右為止的輕核才釋放能量;超過那個頂峰,融合更重的原子核反而要耗費能量而非釋放能量。
又稱
另見