A-level 物理 (進階物理) / 聚變 / 習題解答

c = 3 x 10⁸ ms⁻¹

1. 在太陽中，兩個氚核 ($_{1}^{3}H$) 發生聚變反應，生成氦-4 ($_{2}^{4}He$)。除了能量，還會產生什麼？

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

2. 在更大的恆星中，碳-12 ($_{6}^{12}C$) 與氕 ($_{1}^{1}H$) 發生聚變反應。此反應會產生什麼單個原子核？

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

3. 在這個反應中，釋放了 1.95 MeV 的能量。這對應於多少焦耳的結合能差？

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

4. 如果所有這些能量都以光子的形式發射出來，它的頻率是多少？

$E=hf$

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

這在伽馬射線的波長範圍內，所以我們可以假設所有能量都以伽馬射線光子的形式釋放出來。

5. 為了約束聚變反應，可以使用電磁力。還可以使用什麼其他的力？為什麼在地球上的聚變反應堆中不使用這種力？

引力，就像在恆星中一樣。但是，要實現這一點所需的質量遠遠大於地球，所以我們無法做到這一點。