A-level 物理 (进阶物理) / 聚变 / 习题解答

c = 3 x 10⁸ ms⁻¹

1. 在太阳中，两个氚核 ($_{1}^{3}H$) 发生聚变反应，生成氦-4 ($_{2}^{4}He$)。除了能量，还会产生什么？

$2_{1}^{3}H\to \;_{2}^{4}He\;+\;2_{0}^{2}n$

2. 在更大的恒星中，碳-12 ($_{6}^{12}C$) 与氕 ($_{1}^{1}H$) 发生聚变反应。此反应会产生什么单个原子核？

$_{6}^{12}C\;+\;_{1}^{1}H\to \;_{7}^{13}N$

3. 在这个反应中，释放了 1.95 MeV 的能量。这对应于多少焦耳的结合能差？

1.95 MeV = 1.95 x 10⁶ x 1.6 x 10⁻¹⁹ J = 3.12 x 10⁻¹³ J

4. 如果所有这些能量都以光子的形式发射出来，它的频率是多少？

$E=hf$

$f={\frac {E}{h}}={\frac {3.12\times 10^{6}}{6.63\times 10^{-34}}}=4.71\times 10^{20}{\mbox{ Hz}}$

这在伽马射线的波长范围内，所以我们可以假设所有能量都以伽马射线光子的形式释放出来。

5. 为了约束聚变反应，可以使用电磁力。还可以使用什么其他的力？为什么在地球上的聚变反应堆中不使用这种力？

引力，就像在恒星中一样。但是，要实现这一点所需的质量远远大于地球，所以我们无法做到这一点。