温度和压力,哪个是决定核聚变反应的条件?

温度和压力都是影响核聚变的因素,其中温度是主因。

我们知道,核聚变需要在超高温环境中才能发生,虽然有“冷核聚变”这一技术设想,但目前无论是理论还是实验,冷核聚变都是不成立的。温度和压力决定了核聚变是否发生,乃至反应的剧烈程度。

温度表示微观粒子无规则运动的剧烈程度,这里的压力则表示微观粒子对某一截面撞击的剧烈程度;在同样的温度下,压力越高,单位体积内微观粒子数目也越多。

原子处于超高温状态时,原子核将处于裸露状态,并且有着很高的动能,两个原子核要结合在一起,就需要克服原子核之间的库伦势垒;温度越高,原子核的动能越大,就越有可能穿越库伦势垒(量子隧穿效应),实现两个原子核融合。

所以,可以确定的是,核聚变是否能发生,完全取决于温度的高低;但是压力的高低,会决定核聚变反应的剧烈程度:

(1)若所处压力低,原子核之间的碰撞概率也低,原子核融合的速度就很慢,甚至热量损失较快,导致核聚变无法继续进行;

(2)若所处压力高,原子核的密度也高,聚变释放的能量就能继续维持周围原子发生聚变;

小于铁的元素发生聚变,会释放巨大能量,太阳内部主要进行着氢元素向氦元素聚变的过程,太阳核心温度为1500万度,压力相当于3000亿个大气压。

而人类制造的氢弹,无法达到这么高的压力条件,就需要进一步提高反应温度(1亿度以上);在氢弹爆炸时,核心温度可达2~4亿度,但持续时间是很短的。

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