【核裂变原理】核裂变VS核聚变一字之差有多难

2020-02-19 - 核裂变

5月12日朝鲜《劳动新闻》的一则公开报道引发世人关注。报道称:“朝鲜科研人员在开发核聚变反应技术方面取得了值得自豪的成果,朝鲜核聚变反应技术取得的成功为开发新能源打开了突破口,开启了研发新科技的新阶段。”

核裂变原理

此言一出,再度引发了朝鲜核计划给国际社会带来的震惊和疑虑,世界的第一反应却是:朝鲜要搞氢弹!因为目前核聚变技术最成功的运用就是氢弹,而用核聚变技术向民用能源转化难度极高,全球最先进的多个国家合作研究几十年也没有成功。朝鲜自2006年宣布成功进行了以核裂变为基本原理的原子弹爆炸后,此次高调宣布核聚变成就,是否意味着朝鲜将“炸响”以核聚变为基本原理的超级核弹——氢弹?这一字之差,区别何在?

核裂变原理

■ 核裂变与原子弹

核裂变又称核分裂,是一个原子核分裂成几个原子核的变化。是指由铀或钚等元素的重原子,分裂成较轻的原子的一种核反应形式。在自然界中,只有一些质量非常大的原子核像铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出两个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变并使过程持续进行下去。

核裂变原理

原子核在发生核裂变时,释放出巨大的能量称为原子核能,1千克铀-235完全裂变释放出的能量,相当于2万吨TNT炸药爆炸时释放的能量,也相当于2700吨标准煤完全燃烧释放出的能量。

核裂变是1938年发现的,但核裂变的研究成果第一个用途是被用于制造威力巨大的原子武器——原子弹。目前,随着核科技水平的发展,核裂变除用于制造原子弹外,利用其他手段控制核裂变产生的巨大能量为人类社会提供清洁能源的技术与工程发展也十分迅速。

核裂变原理

从这个意义上讲,对核裂变的利用有两种方式,即失控使用和受控使用。对于原子弹而言,链式反应是失控而导致的爆炸。而核电站的核裂变始终在控制下进行,用于发电的核反应堆通过受控的缓慢方式进行能量释放过程,这种平稳的方式释放能量,目前已成为前景广阔的清洁能源。

■ 核聚变与氢弹

核聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在超高温和高压等一定条件下,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量,原子核从一种原子核变化为另外一种原子核的变化,往往伴随着能量的释放。

研究证明,核聚变是太阳以及宇宙中所有恒星诞生的方式。人类按照宇宙的基本能源模式制造的氢弹虽然没有在实战中使用,但从广岛、长崎原子弹的爆炸效果可以想象出氢弹的凶狠。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同,但威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量,氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。

人类历史上最强悍的氢弹试验是上世纪60年代前苏联的“炸裂地球”试验,爆炸当量为5000万吨。这次氢弹爆炸试验形成了一个世界上所有生命谁也未曾见过的恐怖蘑菇火云,热核反应所产生的电磁扰动3次传遍全球,通红的蘑菇云高达70公里,4000公里以内的所有飞机、导弹、雷达、通讯等设备全都受到不同程度的影响。

苏军整个通讯失去联系长达一个多小时。爆炸也使美军受到重大影响,在最靠近前苏联国土的美军驻阿拉斯加和格陵兰岛上的北美防空司令部的电子系统大都受损,雷达无法操作,通讯中断。氢这个温和元素的聚变给全球带来的是巨大恐怖。

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朝鲜“成果”为何遭质疑

朝鲜方面“值得自豪的成果”,却遭到了外界的不少质疑。英国《每日电讯报》甚至讽刺说,如果朝鲜的说法是可信的话,那么这个贫穷的国度将是世界上第一个掌握核聚变技术的国家。韩国浦项工科大学一名核聚变研究专家也认为,朝鲜可能只是完成实现核聚变的初步工作。外界这种猜测的主要依据有三点:

1、技术难度超出了朝鲜的能力。朝鲜虽然进行了有限的核开发,但由于起步较晚,进行核裂变的技术可能性较大,但进行核聚变的可能较小,在西方的技术封锁和全球核不扩散条约限制下,取得核裂变对于朝鲜已经是不小进步,要想在短时间内完成核聚变难度过大。因为,从核裂变到核聚变,大国也不是一帆风顺,以朝鲜的技术基础,恐怕还需要更长的时间。

2、资源需求超出了朝鲜的能力。朝鲜由于受到西方的长期制裁,国力贫弱,是世界上最贫穷的国家之一,解决国民吃饭、用电问题都难度极高。根据国际社会观察,朝鲜没有能力生产出足够的电力照亮夜晚,此次却声称已经开发出了新的能源,并将其比喻为“人造太阳”。从这一点观察,无论朝鲜投入多高的热情,但如果投资力度小于核聚变工程所需要的基本需求,再高的热情也无济于事。

3、技术储备超出了朝鲜的能力。核聚变的点火条件十分苛刻,而促使核聚变发生的往往是核裂变。据美国方面的监测,尽管朝鲜宣称核裂变完全成功,但数据表明与完全成功尚有距离。因此,作为核聚变的基础,核裂变能力不够充分,也是阻碍核聚变成功的巨大障碍。

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