11核聚变的具体过程及原理
The specific process and principle of nuclear fusion
四川彭州市竹瓦中学 李守安
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关键词：核力区 顺磁对碰 单中子结构 冷核聚变
摘要：核聚变的具体过程及原理是：只有当具有足够能量的氘核的S极与氚核的N极在顺磁通道中相碰撞时才是产生氦核的唯一机会。带着强大能量的氘核碰撞到氚核后，部份能量像钢体性弹性碰撞一样顺次传递给氚核S极最末的一个中子，这个中子得到能量并克服质子的吸引飞出核外。如图4-3所示。这也是为什么不用两个氘核碰撞聚变成氦核的原因，氘核碰撞到氘核后，部份能量像钢体性弹性碰撞一样顺次传递给第二个氘核S极最末的一个质子，这个质子得到能量克服其它质子的吸引飞出核外，最终只能形成氚核；这个氚核再被氘核打击才能行成氦核，所以许多科学人士做这个实验时能得到：中子、氚和伽马射线。
正文：
本文分三个方面具体说明，第一个方面要说明为什么碰撞要具有强大的能量，那是因为核力具有特殊区域的引力区。第二方面说明具体两个核是怎样完成聚变的。第三方面说说冷核聚变和可控聚变的可行性。
一、变的两个核距离必须达到核力区
这个条件是由原子核核力特殊的性质决定的。（要具体了解核力性质可以看看《核力性质和大小的计算》）
受控聚变的研究之所以如此艰难，一个根本的原因，是由于所有原子核都带正电。核力是一种短程力。2个带正电的原子核互相接近时，它们之间的静电斥力也越来越大。只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时，核力才能起作用。这时由于核力大于静电斥力，2个原子核才能聚合到一起，放出巨大的能量。由于2个原子核聚合前首先要克服强大的静电斥力，所以在地球上现有的条件下，很难发生聚变。为了实现铀－235、钚－239等的裂变，不需要入射中子及靶原子核具有任何动能；而为了使2个原子核聚变，首先必须使两个原子核的一方或双方有足够的能量，去克服彼此之间的静电斥力。这就是全部症结之所在
质子中子都是被磁化后产生的相互吸引，使核力表现出与“电荷无关性质”。相邻两个质子间隔1-2个中子同轴同旋转才有强力的吸引作用，使核力表现出“饱和性”和方向性的特点。每个质子都是通过中子与其它质子产生吸引的，使核力表现出“交换性”的特点。安培力与主轴有关，偏离轴心太大安培力迅速减弱，而库仑力只与距离有关的无心力，使核力表现出“有心力和无心力的综合性”的特点。质子上正电荷的分布只在一个小点上,这个点在高速旋转时产生一个安培力。这就是核力的根本所在，核力就是由安培力吸引和库仑斥力组成。这两个力作用下，在1-3个直径之内表现出引力，在这个之外表现出斥力，并表现核力的各种特性。如图4-1
所以，两个原子核要想聚合在一起必须满足两个条件：第一，两个原子核必须具有一定能量达到核力区域，这个区域在质子相距1-3个直径之内,不能超过，刚刚达到核力区就能相互吸引。第二，两个原子核必须同轴同方向自旋，取顺磁方向；这就是聚变的机制.



要具有的一定能量可以通过裂变产生高温获得，也可以从低温加速顺磁对碰强行达到核力区域。
二、变的两个核必须同方向碰撞
这个条件是由原子核特殊结构决定的。（要具体了解核的结构必须看看《原子核的大树形接触式结构模型》）
氘、氚、氦三个核结构如下图4-2。根据“所有质子、中子的增多，总是先从能级最低层次排起，并且总是从核内磁场的北极增加”。所以氘核的一个中子排在北极如图下部；氚核结构在主轴上北极南极各排一个中子；氦核结构两质子间间隔一个中子组成核，另一个中子排在北极上如图。


从图清楚可见：氘、氚两个S极相碰撞或两个N极相碰撞都不能聚合在一起。只有当氘核的S极与氚核的N极相碰撞时才是唯一产生氦核的机会。带着强大能量的氘核碰撞到氚核后，部份能量像钢体性弹性碰撞一样顺次传递给氚核S极最末的一个中子，这个中子得到能量并克服质子的吸引飞出核外。如图4-3所示。这也是为什么不用两个氘核碰撞聚变成氦核的原因，氘核碰撞到氘核后，部份能量像钢体性弹性碰撞一样顺次传递给第二个氘核S极最末的一个质子，这个质子得到能量克服其它质子的吸引飞出核外，最终只能形成氚核，这个氚核再被氘核打击才能行成氦核，所以许多科学人士做这个实验时能得到：中子、氚和伽马射线。还有一种情况：当氘核的N极与氚核的S极相碰撞时也能产生氦核，但这个氦核不稳定要变化成单中子结构才稳定，因为单中子比双中子结构结合力大得多。所以，只有当氘核的S极与氚核的N极相碰撞时才是产生氦核的唯一机会。完全可以通过实验验证：实验一定能够发现碰撞后核内中子主要从南极S极弹射出来，就说明这个结论是完全正确的。

实验时可以将氘核作子弹、氚核作靶子，子弹和靶子都必须在顺磁通道内。也可以将氘核作子弹、氚核也作子弹在顺磁通道内相对碰撞。在低温下要做到这些确实不容易。所以有更多的人采用高温做实验：高温时，总有部份氘核、氚核相遇相碰撞，产生的能量又使更多的氘核、氚核相遇相碰撞，要控制这种聚变完全不可能吧。注意：氘核、氚核都是小核结构，圆周旋转速度快，要想使两者顺磁高速度运动确实让所有科学人士用用脑。
三、控聚变和冷核聚变完全可能
只要清楚了聚变的以上两个条件，可控聚变和冷核聚变完全可能实现。
“冷核聚变”又称“低能核反应”，或“化学辅助核反应”。1989年3月23日，美国犹他大学在盐湖城召开了一次不同寻常的新闻发布会，在会上宣称，两位化学家 ——犹他大学的斯坦利·庞斯博士和英国南安普顿大学的马丁·弗莱希曼博士实现了常温核聚变：他们在电化学实验中观察到室温条件下两次氘原子的核聚变。按照核聚变原理，核聚变将会释放出中子、氚和伽马射线，同时释放出巨大的能量。后因担心发生爆炸，他们及时终止了实验。
　消息传出，在学术界引起的震动不亚于一次真正的核爆炸，因为许多科学家都在梦寐以求地寻找新的核聚变途径。
按照目前的核聚变条件，核聚变只能在极端的高压和高温条件下才能产生，这对反应堆的设计和结构材料的选择都是巨大的挑战。如果能实现室温条件下的核聚变，便意味着将来在实验室里就能提供取之不尽、用之不竭的清洁能源，这无疑将是人类科学史上的重大突破。
这两位化学家的发现激起了全世界无数科学家的兴趣，纷纷开始在实验室里重复这项实验。然而，实验的结果非常令人沮丧，没有一个科学家能够再次观察到室温条件下核聚变的发生。人们开始失望，并逐渐转化为对这两位化学家诚信的怀疑。在弗莱希曼博士和庞斯博士的实验完成半年之后，美国能源部根据许多失败的实验写了一份报告，正式否定了这项轰动一时的科学发现，结论为两位科学家测量错误和为获取研究资金的不恰当动机。
一项似乎能获得诺贝尔奖，并有可能改变人类命运的科学发现就这样被打入冷宫。但是也有许多科学家并未就此罢休。15年来，不断有人继续探索“冷核聚变”的可能性。美国麻省理工学院的彼得·哈格斯坦教授一直在进行“冷核聚变”研究；波特兰州立大学的约翰·达西教授不仅自己相信“冷核聚变”存在，还培养了一群弟子，继续这项研究；意大利的奥古斯都－蒙梯大学在重复“冷核聚变”实验中还取得了不小进展；德国、日本、以色列等国的科学家也在继续这项实验，他们甚至联合起来，成立了一个“国际冷聚变科学协会（ICCF）”，每隔一年半组织一次学术研讨会。
中国与多国科学家组成的聚变实验正在法国内进行中，其中顺磁控制等许多理论正在使用的过程中。希望这个理论能对正在进行的实验起到推动作用，使可控制聚变成为现实。也使进行的实验不是盲目的进行。
要是以上科学人士知道核聚变的具体过程及原理，他们就会少走弯路，直接进入实验技术阶段准备实验。在这里一系列理论：核力、核结构、裂变、聚变等理论无人问津也许是科学发展的一个时间损失。


参考文献：
1、赵国求《现代物理知识》1993年2期，P32
2、胡镜寰、王忠烈、刘玉华《原子物理》1989年2月北京师范大学，P266
3、赵凯华、陈熙谨《电磁学》1985年6月高等教育，P347、P356、P387、P552、P555、P556
4、徐游《电磁学》1987年7月江苏科学，P215、P218、P282
5、殷传宗《原子物理学》1987年7月广西师范，P25
6、（苏）亚沃尔基《现代物理手册》1992年科学出版，P578
7、褚圣麟《原子物理》，陈鹏万《电磁学》等