核聚变|同样是核聚变,为什么太阳能燃烧100亿年,而氢弹一下就炸了?
太阳的能量来源
话说地球的能量主要来自于太阳辐射 , 太阳每时每刻都在向太空辐射巨大的能量 。 如果把这些能量比喻成钱的话 , 太阳每秒向太空抛洒22万亿的钱 , 地球能捡到的钱大概有一万块 , 而最终被人类所使用大概也就是1块 。 那太阳这么多能量是咋来的呢?
太阳源源不断的能量来自于它内核的核聚变反应 , 这其实和氢弹的原理是类似的 。 可是你发现没有?同样都是依靠核聚变反应 , 氢弹一下子炸得渣都不剩 , 而太阳到如今已经燃烧了接近50亿年 , 而且它还会这样继续燃烧几十亿年 , 那这到底是为什么呢?
氢弹的原理
首先 , 我们先来聊一聊氢弹的核聚变 。 要了解氢弹的核聚变 , 我们就得先搞清楚什么是核聚变 。 这里的“核”指的是原子核 。 核反应实际上分为核聚变和核裂变 。 从字面意义上 , 我们其实也能知道 , 核聚变就是几个原子序数小的原子核发生融合 , 而核裂变实际上就是原子序数大的原子核分裂成原子序数小的原子核 。
在这个过程中 , 反应前后会有质量的损失 , 这部分质量会以能量的形式释放出来 , 整个过程满足爱因斯坦的质能方程E=mc^2 。
其中c是光速3*10^8m/s 。 通过方程 , 我们很容易就发现 , 即便是损失很少的一部分质量 , 也可以释放出巨大的能量 。 原子弹利用的就是核裂变 , 一般用元素铀作为原料 。
而核聚变是氢弹的原理 , 一般用的是氢及氢的同位素 。 氢弹一般来说用到的是氘和氚 , 整个过程是:氘+氚→氦+中子+能量(1.76×10^7eV) 。
要使整个反应得以进行并不容易 , 这需要极其高的反应条件 , 对于温度的要求至少是上亿度 。 因此 , 为了能够达到整个反应温度 , 氢弹实际上并不“纯粹” , 而是有核裂变和核聚变两部分构成 。
科学家利用的办法是先引发核裂变反应 , 通过核裂变产生X-射线来压缩并加热次级的核聚变燃料 , 以此来促使核聚变反应 。
而我们要知道的是 , 太阳的内核温度大概是1500万度 , 这和上亿度还有很大的差距 , 照理说是不能引发核聚变反应的 , 那为什么太阳内核还能发生核聚变反应呢?
太阳核聚变的原理
太阳能够产生核聚变反应的最重要原因是:质量足够大 。 在46亿年前 , 在如今太阳系的位置附近有一片长达2光年的分子云 , 这片分子云发生了引力坍缩 , 在引力的作用下逐渐形成了太阳 , 剩余的碎料构成了太阳系的其他天体 。
太阳是太阳系的绝对主宰 , 质量占据了整个太阳系总质量的99.86% 。 由于太阳质量十分巨大 , 因此 , 太阳自身的引力特别大 , 这就会挤压自身 , 使得自身的温度急剧升高 , 太阳内部是呈现等离子状态 。
所谓等离子是指构成物质的原子中的电子获得足够大的能量 , 摆脱了原子核的束缚 , 这时物质不再是常见的气、液、固三态 , 而是像“粒子粥”一样 , 各种原子核 , 光子 , 电子到处乱逛 。
由于太阳自身的73%是由氢原子构成的 , 太阳内部又是呈现等离子态的 。 因此 , 太阳内部有73%的自由氢原子核(质子) 。 太阳内核的核聚变反应其实就是质子之间的融合 , 但是质子是带正电的 , 同种电荷相排斥 , 质子之间存在着静电斥力 。 只有克服静电斥力 , 才能够使得质子之间发生核融合 。 那反应为什么还会发生呢?
首先 , 当两个质子相互靠近时 , 会有极其低的概率在弱力的作用下 , 使得一个质子转变为一个中子 , 然后质子和中子结合就可以得到一个氘核 。
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