核聚变是两个轻核结合成较重原子核的过程。原子核都带正电,靠近时库仑斥力急剧增大,形成一道「库仑势垒」;只有当核的热运动动能足够大时,它们才能靠得足够近,让短程的核力发挥作用而结合。聚变后总质量比反应前小,亏损的质量按 E=Δmc² 全部变成能量。氘和氚聚变生成氦核和一个中子,一次放出约 17.6 MeV,是同等质量煤燃烧的千万倍。
²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n + 17.6 MeV
质能方程 E = Δmc²
质量亏损 Δm ≈ 0.018 75 u
平均动能 Ek = (3/2)kT,温度越高动能越大
· 聚变的门槛不是「点火温度」四个字,而是要越过带电核之间的库仑势垒
· 选氘和氚是因为它们电荷数最小、势垒最低,最容易实现
· 真实等离子体里粒子速率有分布,还存在量子隧道效应,所以不到「刚好越过势垒」的温度也会有少量聚变——本演示做了简化
· 聚变要持续放能还需要足够的密度和约束时间,这就是劳森判据
· 太阳靠自身引力约束,地球上的托卡马克只能用强磁场约束