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核融合(Nuclear Fusion)是原子核在极端高温高压条件下结合形成更重原子核的过程,释放巨大能量。该现象常见于恒星内部(如太阳),其英文对应术语为"nuclear fusion",国际科学界定义为「light atomic nuclei combining to form heavier nuclei with concomitant energy release」。
在物理学层面,核融合需满足劳森判据(Lawson Criterion)的三重条件: $$ ntau_E T geq 3times10^{21} , text{keV·s·m}^{-3} $$ 其中n为等离子体密度,τ_E为能量约束时间,T为温度。目前托卡马克装置通过氘-氚反应(D-T反应)实现可控核融合: $$ _1H + _1H rightarrow _2He + n + 17.6 , text{MeV} $$
全球主要研究机构中,国际热核聚变实验堆(ITER)项目已实现等离子体温度1.5亿摄氏度的突破,中国科学院等离子体研究所的EAST装置则保持1,056秒长脉冲高参数等离子体运行世界纪录。能源应用方面,英国原子能管理局(UKAEA)开发的球形托卡马克设计可将发电效率提升至常规装置的3倍。
核融合(又称核聚变)是指两个较轻的原子核结合成较重的原子核,同时释放巨大能量的过程。以下是详细解释:
基本概念
核融合是轻原子核(如氢的同位素氘、氚)在高温高压条件下发生碰撞,聚合形成较重原子核(如氦),并伴随质量损耗转化为能量的反应。例如,太阳的能量来源即恒星内部的核聚变。
能量释放机制
反应过程中,部分质量会以能量形式释放,遵循爱因斯坦质能方程($E=mc$)。相较于核裂变,核聚变单位质量释放的能量更大,且放射性废物更少。
优势
原料丰富(如海水中的氘)、几乎无碳排放、放射性危害低,被视为未来理想能源。
技术难点
需在极端条件(如超高温、高压)下维持反应稳定,目前可控核聚变仍处于实验阶段。
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