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理论上,元素周期表中26号铁元素以前的各种元素都可以用于核聚变的核燃料,但实际上除了氢和氦以外,目前还不能作为核燃料使用。一是元素越轻(原子序数越小),越容易达到核聚变反应条件;二是元素越轻(原子序数越小),核聚变时产能率越高。
这与各元素的原子核结合能有关。原子核中质子数越少,核结合能越低,越容易产能效率越高。见下图。其中虚线对应的是铁元素。
原子核结合能
由于氢聚变时反应最容易发生,产能效率最高,所以恒星中大多是氢核聚变。也因此,氢核聚变时也最难以控制,所以目前的受控核聚变反应都是以氦为原料的。其中研究最多的是氦的同位素--氦3。
在自然界,存在着3He和4He两种同位素。4He的原子核有两个质子和两个中子;而3He只有一个中子。氦3是一种如今已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。根据科学统计表明,10吨氦-3就能满足我国全国一年所有的能源需求,100吨氦-3便能提供全世界使用一年的能源总量。但地球上的氦3基本都是由氚核(超重氢)通过β衰变得到,地球上的氚本来就很少,所以氦3在地球上的蕴藏量很少,占地球氦元素总量的比例是0.000137%,也就是说,He-3和He-4相对丰度的比例大约是1比1百万的样子。人类已知的容易取用的氦-3全球仅有500千克左右。
而根据人类已得出的初步探测结果表明,月球地壳的浅层内竟含有上百万吨氦-3。如此丰富的核燃料,足够地球人使用上万年。而且月球上的氦3是可以通过太阳辐射而再生的。所以,各国目前都在试图通过探月计划,获得月球上的氦3。
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核燃料是指可被核反应堆利用,通过核裂变或核聚变产生实用核能的材料。核燃料既能指燃料本身,也能代指由燃料材料、结构材料和中子减速剂及中子反射材料等组成的燃料棒。核燃料在所有实际燃料来源中具有最高的能量密度。
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核反应既不属于化学变化也不属于物理变化,分析如下:
1.
不属于化学变化: 在核反应的过程中,会产生不同于入射弹核和靶核的新的原子核。因此,核反应是生成各种不稳定原子核的根本途径。化学反应是原子的重新组合,在反应前后元素种类和原子个数是保持不变的。而核反应中的原子...
2.
不属于物理变化: 物理变化是指物质的状态虽然发生了变化,但物质本身的组成成分却没有改变,化学键键长不变,物质形状大小变化,分子本身不变,原子的结合方式不变。 核反应过程中原子核会发生变化甚至形成新的原子核,故...