氘核
氫的同位素原子核
氘核(deuteron)是由一個質子和一個中子組成的原子核。氫的一種同位素原子核。結合能是2.20兆電子伏。氘核與其他核素,如氚核發生反應發射中子的閾能低,截面大,產生的中子能量高。因此,可用作中子源的材料或核聚變的燃料。大自然的含量約為一般氫的7000分之一,從核反應中製得,主要用於熱核反應。
氘
氘(deuterium),氫(H)的同位素,也被稱為重氫,元素符號一般為D或2H。氘原子核中有一個質子和一個中子,其相對原子量為普通氫的二倍。氫中有0.02%的氘,在大自然的含量約為一般氫的七千分之一。氘用於熱核反應,聚變時放出β射線后形成質量數為3的氦,並在化學和生物學的研究工作中作示蹤原子。氘被稱為“未來天然燃料”。
常用製法:(1)由重水電解;(2)由液氫低溫精鎦。
聚變反應原理
聚變反應堆裝置示意圖
氫有三種同位素:H(氕)、H(氘)、H(氚),平時見到的氫以H為主,含少量H;氦也有He(氦3)和He(氦4)兩種同位素,He不穩定,一般見到的是He。
氫聚變為氦的反應可以有多種形式:
4個H聚變為一個He;
2個H變為一個He;
H +H =He + n
還有其它的形式,上面只是簡單的說明,其實聚變過程中還有其它粒子產生。
總之要聚變成He,至少要有4個核子(質子或中子),因為質子和中子在一定條件下可以互相轉化。如果聚變中的核子超過4個了,多餘的通常會以中子形式釋放出來。
可以仔細研究He的核質量,以及中子、質子的質量,會發現由兩個質子加兩個中子組成的He核,比兩個自由質子及兩個自由中子質量之和要小,此即質量虧損的來源,核聚變的巨大能量就來源於這個質量之差。
還可以理解為聚變后,每個質子和中子的質量都減小了。正如當一人從高處跳到地面,如果釋放的能量通過輻射發散到外太空,可以發現那個人的質量有微小的下降。