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核融合(Nuclear Fusion)是原子核在極端高溫高壓條件下結合形成更重原子核的過程,釋放巨大能量。該現象常見于恒星内部(如太陽),其英文對應術語為"nuclear fusion",國際科學界定義為「light atomic nuclei combining to form heavier nuclei with concomitant energy release」。
在物理學層面,核融合需滿足勞森判據(Lawson Criterion)的三重條件: $$ ntau_E T geq 3times10^{21} , text{keV·s·m}^{-3} $$ 其中n為等離子體密度,τ_E為能量約束時間,T為溫度。目前托卡馬克裝置通過氘-氚反應(D-T反應)實現可控核融合: $$ _1H + _1H rightarrow _2He + n + 17.6 , text{MeV} $$
全球主要研究機構中,國際熱核聚變實驗堆(ITER)項目已實現等離子體溫度1.5億攝氏度的突破,中國科學院等離子體研究所的EAST裝置則保持1,056秒長脈沖高參數等離子體運行世界紀錄。能源應用方面,英國原子能管理局(UKAEA)開發的球形托卡馬克設計可将發電效率提升至常規裝置的3倍。
核融合(又稱核聚變)是指兩個較輕的原子核結合成較重的原子核,同時釋放巨大能量的過程。以下是詳細解釋:
基本概念
核融合是輕原子核(如氫的同位素氘、氚)在高溫高壓條件下發生碰撞,聚合形成較重原子核(如氦),并伴隨質量損耗轉化為能量的反應。例如,太陽的能量來源即恒星内部的核聚變。
能量釋放機制
反應過程中,部分質量會以能量形式釋放,遵循愛因斯坦質能方程($E=mc$)。相較于核裂變,核聚變單位質量釋放的能量更大,且放射性廢物更少。
優勢
原料豐富(如海水中的氘)、幾乎無碳排放、放射性危害低,被視為未來理想能源。
技術難點
需在極端條件(如超高溫、高壓)下維持反應穩定,目前可控核聚變仍處于實驗階段。
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