作者aaaa8444 (SeluLucia)
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標題Re: [問題] 人造核融合為何要採用氘氚來當燃料呢?
時間Mon Feb 12 06:13:43 2018
※ 引述《t20056 (吳先生)》之銘言：
: 看到國際有所謂的ITER國際熱核反應的合作計畫，
: 目前人工核融合反應的燃料是採用氫的同位素氘D氚T或者是氦三。
: 我想請問各位先進，為何人工可控核融合的燃料要採用氘氚呢?
: 一般恆星的融合反應不是都是普通的氫原子嗎?
: 使用普通的氫原子跟採用氫的同位素氘氚有什麼不同嗎?
: 氘氚反應會產生破壞爐壁的中子，
: 而如果直接採用普通的氫原子不產生中子，原料不是比同位素氘氚還豐富很多嗎?
: 普通恆星氫原子融合反應與氘氚反應難度上真的有差很多嗎?
其實不是難度的問題而是因為不是所有核反應都會放出能量，有的核分裂會吸收能量，同
樣也有的核融合會吸收能量，只是高中只教放出能量的例子所以大家一聽到核反應都覺得
一定會釋出龐大能量。
舉個簡單的例子若某種核融合反應為A+B->C+能量。很明顯C的質量小於A+B。今天如果要
讓C核分裂變回A+B，想敲碎這顆原子核你肯定要把當初被帶走的能量還回去，那C->A+B這
個核分裂反應肯定是吸熱的。這個例子跟題目無關只是告訴你核反應不是都會放出能量。
簡單來說不管是核分裂或核融合，如果你的產物的總靜質量小於起始物時會放出能量；產
物總靜質量大於起始物則是吸收能量。
單純兩個氫融合就是需要吸收能量的那類，你可以看一下質子質子鏈反應的第一條是質子
+質子->氘+正子+微中子，這是一個吸熱反應，如果驗算一下後面三個的總質能加起來應
該會大於兩顆質子的靜質量，所以要產生這個反應你必須將兩個質子加速到極高的速度先
突破庫倫障蔽再補上跟產物的質能缺口才有機會產生反應，而且還得不到能量反而會失去
能量。太陽燃燒氫會產生能量，那是因為整個反應的最終產物氦4的質量小於起始物四個
質子的總質量。
所以質子質子鏈中有的反應是吸熱有的是放熱，以產生能源為目的的話挑最少步驟會放熱
的就好，科學家評估過後氘氚反應是最具經濟效益的（包含反應門檻取得容易度等等），
沒有必要特意從質子慢慢合到氦，而且其實質子質子鏈反應使用托卡馬克也重現不了因為
原理不一樣，目前地球上還沒有科技可以重現恆星的質子質子鏈。
總結一句話：要讓氫氫融合產生能量要一路融合到氦才行，單純讓兩顆氫原子核融合不但
不會放熱環境反而會變冷。
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1F：推 power41: 這ID有印象02/12 11:34
2F：推 jyppkknn: a了一下ID 推一個 02/12 14:40
3F：推 silverywings: 所以可以在北極做核融合來製冰02/12 18:45
4F：推 HDT: 看一下核反應束縛能表，不做p-p chain去挑戰鐵峰頂的那些...02/13 08:50
5F：推 HDT: 吃力不討好的反應，若未來技術成熟只是單純想挑戰人類極限 02/13 08:50
6F：→ HDT: 想要一路融合到貴金屬都有可能，但現階段還是先從相對簡單且 02/13 08:51
7F：→ HDT: 的開始吧 02/13 08:51
8F：→ speedshuffle: 會不會恆星根本就是穩定融合的最低條件 02/16 01:15
9F：→ yeahhuman: 恆星有本身的重力造成壓力，人類不需要做出大顆的球 02/16 12:11
10F：→ yeahhuman: 雖然不是很了解現在進展如何，但是只要有壓力跟熱能02/16 12:12
11F：→ yeahhuman: 人類本來就已經可以達成核融合，只是要怎麼量產化02/16 12:13
12F：→ HarrisNen: 氫彈就是利用核彈內爆引發核融合，核融合產生會產生 02/21 19:25
13F：→ HarrisNen: 更多的快中子來造成U238等重原子繼續分裂產生更多能量 02/21 19:26
14F：→ HarrisNen: 假如單純用雷射來達成核融合，人類已經完成輸出能量 02/21 19:26
15F：→ HarrisNen: 等同輸入能量(米國國家點火裝置)，但是要怎麼穩定輸出02/21 19:27
16F：→ HarrisNen: 能量來繼續發電，是現階段需要突破的困難:穩定核融合02/21 19:28
17F：→ HarrisNen: 核融合要達到吸熱反應只有一個狀況會發生:鐵融合 02/21 19:28
18F：→ HarrisNen: 比鐵還重的原子都是靠超新星爆炸跟中子星合併產生的02/21 19:29
19F：→ HarrisNen: 巨量熱中子流通過來捕獲中子達成，尤其是中子星合併02/21 19:32
束縛能圖上融合到鐵會放出能量只是一個趨勢圖，不是每一種同位素每一
種反應每一種組合都會放出能量，氫跟氫融合就是吸收能量wiki第一段就寫了，氘氘等等
的二次產物的融合才會放出能量，太陽會放出能量的原因是從氫一路融合到氦，這過程中
的
核融合反應有的會吸收能量有的會放出能量，只是總反應放出比吸收得多所以才會釋放熱
能，單純氫氫融合是不會放出能量的。另外人類目前還沒有辦法達到能量收支平衡的核融
合反應，米國的國家點火裝置也是，我本身是在研究這塊領域的系所就讀，你如果仔細看
過實驗的詳細內容你會發現他們宣稱的收支平衡是玩弄數據上的小手法，他們所謂的收支
平衡是利用雷射產生的環境的總能量/核融合放出的能量相比得來的，但推動雷射的幾百
台超大型脈衝系統的能量都沒算進去，真要算進去放出來的能量連整個系統的百分之一都
沒有，並不是技術上沒辦法達成穩定的問題。
20F：→ HarrisNen: 穩定產出能量不是米國那個點火裝置研究的重點... 02/23 02:09
是不是重點不是問題，問題是目前世界上所有核融合實驗裝置都沒有辦法達成你前述所謂
的已經收支平衡只差穩定性就可以發電，目前所有實驗設施也都不是以產生穩定能量為目
的，全部都還只是科學用途不管是雷射還是磁控都一樣。然後回到原先的主題也不是所有
輕於鐵的元素進行核融合都會放出能量，不然為什麼不選含量最多的氫就好，幹嘛要特別
找氘氚。
※ 編輯: aaaa8444 (39.9.78.117), 02/23/2018 10:16:02