
[thermonuclear reaction] 轻元素的原子核在极高的温度下产生巨大的运动而相互碰撞,最终聚变为另外一种原子核的过程
热核反应堆
在极高温度下,轻元素的原子核产生极大的热运动而互相碰撞,聚变为另外一种原子核的过程。如氘核和氚核在几千万度高温时就聚变成氦核,同时放出极大量的能。也称聚变。
热核反应,又称核聚变反应,是指在极高温度(通常达数百万至数亿摄氏度)和高压条件下,轻原子核(如氢、氦)相互碰撞并聚合形成较重原子核,同时释放巨大能量的核反应过程。该术语在汉语词典中强调其依赖高温环境触发核聚变的特性,区别于常温下的核裂变反应。
反应原理
当轻原子核(如氢的同位素氘和氚)在极端高温下克服原子核间的静电斥力(库仑势垒),发生碰撞并聚合,形成新原子核(如氦核)。此过程伴随质量亏损,根据爱因斯坦质能方程($E=mc$),亏损的质量转化为能量释放。例如:
$$ ce{^{2}{1}H + ^{3}{1}H -> ^{4}{2}He + ^{1}{0}n + 17.6 text{ MeV}} $$
必要条件
热核反应的本质是轻核聚变,而核裂变是重核(如铀、钚)分裂为中等质量核的过程。两者能量来源均为质量亏损,但聚变单位质量释放能量更高(约为裂变的4倍),且原料更丰富(如海水中的氘),放射性废物较少。
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热核反应是核能领域的重要概念,其核心含义与原理可通过以下要点详细解释:
一、基本定义 热核反应是核聚变的一种形式,指在极高温度(数百万至数亿摄氏度)和高压条件下,轻原子核(如氢同位素氘、氚)通过剧烈热运动克服库仑斥力,发生碰撞并聚合成较重原子核(如氦)的过程。此过程中因质量亏损释放出巨大能量,符合爱因斯坦质能方程($E=mc$)。
二、发生条件
三、典型应用 •自然现象:太阳等恒星的能源来自持续的热核反应,氢核聚变为氦并释放能量; •人工实现:氢弹通过核裂变引发热核聚变产生爆炸级能量,但不可控; •能源探索:受控核聚变(如托卡马克装置)仍处于实验阶段,尚未实现稳定输出。
四、与化学反应的差异 热核反应属于原子核层面的变化(核能释放),而化学反应仅涉及电子转移(化学能变化),因此前者能量释放量级远超后者。
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