目前我們人類對于自然界中的能源利用,基本還停留在化學能的階段,主要還是利用分子和原子之間的作用,釋放出的能量。而對于更加深入層次的“原子能”,還只掌握了非常初級的“核裂變”和“核聚變”。而且人類對于核聚變的掌握尚且處于一個“不可控”的階段,能夠用它制造氫彈,產生毀滅性的威力,卻不能像人類利用核裂變的原理那樣,用它來發電。
那么核裂變和核聚變,二者之間究竟有何不同??從字面上來解釋,一個是原子核分裂時釋放出巨大能量的過程,另一個就是原子核合并在一起時釋放出巨大能量的過程。雖然都是原子能,但是核裂變和核聚變之間的差距還是很大的。氫彈爆炸的威力,足有原子彈的成百上千倍。
核裂變的反應原理是:鈾、釷、钚這種放射性的重元素原子核,自身裂解成其他輕元素的原子核,同時釋放出巨大的能量。以鈾元素發生的核裂變反應為例:235U+1n→137Ba+97Kr+2n。其中元素前面的數字不是“化學計量數”,而是質量數,U為鈾、Ba為鋇、Kr為氪、n為中子。原子彈爆炸的反應就是用1個中子n,轟擊1個U原子核發生裂變,同時釋放出的2個中子n再繼續轟擊其他的U原子核……以此類推形成鏈式反應,爆發出驚人的破壞力。
而核聚變的原理則是:氫元素這種輕元素的原子核,相互結合成為原子質量更大的較重的原子核,同時釋放出中子,產生巨大的能量。還是以氫彈爆炸的原理為例(高科技都是應用在戰爭上的,這句話真是一點不差):D+T→He+n。其中D和T分別是氫元素的同位素“氘”和“氚”,He為氦元素,n依舊是中子。
相比核裂變還會產生放射性的核廢料,核聚變可以說是非常清潔的核反應了,幾乎不會對環境產生任何的污染。如果人類能夠實現可控核聚變,那么將不必依賴化石能源(煤炭、石油、天然氣),同時霧霾、溫室效應等環境污染問題也都會隨之解決。
可是目前可控核聚變面臨的最大問題,就是無法對高溫狀態下,發生核聚變的原料“等離子體”的束縛。而如果這些等離子體無法束縛,那么瞬間釋放出的能量,就等同于引爆了一顆氫彈。目前人類在“磁束縛”和“激光慣性束縛”的方向,在對可控核聚變進行研究。如果未來能夠解決這一問題,那么人類的科技水平,將會達到質的飛躍。