既然太陽會發生核聚變反應,為什麼它不會瞬間爆炸?

2020-11-22 火星科普
太陽為什麼不會爆炸?

由於太陽自身巨大的重力擠壓,使其核心的壓力和溫度變得極高,形成了可以發生核聚變反應的環境。氫原子核(即質子)通過質子-質子鏈反應以及碳氮氧循環(主要是前者)結合成氦原子核(氦-4),同時釋放出巨大的能量。但是為什麼所有的氫原子核不會瞬間聚變呢?或者說太陽為什麼不會一下子爆炸?

一切都從核心開始。太陽核心的核聚變產生的輻射壓力會被自身重力所平衡,所以太陽不會一下子爆炸。在高能量和高密度的太陽核心中,氫原子核不斷相互碰撞。但只有通過量子隧穿效應,質子碰撞形成雙質子或氦-2(氦的同位素,有兩個質子,沒有中子),然後迅速衰變為氘原子(氫的同位素,有一個質子和一個中子),核聚變反應才會開始。這是質子-質子鏈反應的第一階段。要形成穩定的氦-4原子核,還需要中子。那麼。中子是從哪裡來的?

質子-質子鏈反應

很明顯,要形成一個氘原子,需要發生兩件重要的事情。一個是伴隨量子隧穿效應的質子-質子完美碰撞,另一個是氦-2原子核內一個質子的β+衰變,將其轉化為所需的中子。從這裡開始,氘在質子-質子鏈反應的下一個階段最終形成氦-4。

兩個高能質子碰撞形成雙質子的概率遠小於質子間不經意碰撞並相互反彈的概率。即使它們碰撞形成一個雙質子,也有另一個抑制因素,即β+衰變。大多數時候,雙質子會衰變回兩個質子。因此,這個初始階段就是控制太陽消耗氫的速率。這種完美狀態的形成最終導致一種緩慢的核聚變反應過程,這也是決定恆星年齡的因素之一。

雖然這些條件控制著氫原子核的消耗速率,但太陽作為一個整體系統,試圖通過控制這些條件來控制自身,使核聚變以一定的速率發生。那麼,這是如何控制的呢?

太陽的內部結構

當核心的溫度和密度足夠高時,就會加快質子碰撞形成雙質子的速率,這也就增加了整體的核聚變反應速率,並且會產生更多的能量,導致熱膨脹,抵消了太陽的重力。當核心膨脹時,密度和溫度下降,成功碰撞的概率減小。熱核反應率降低,從而控制自身。

同樣的道理,如果核聚變速率變慢,重力又開始擠壓核心,這反過來又增加了溫度和密度,成功碰撞的機率又提高了。最後,熱核反應率增加到足以平衡自身的重力,並使太陽以每秒消耗3.7×10^38個氫原子核的最優速率持續下去。

最終,這一切都將在60到70億後結束。到了那時,太陽的核心演變成白矮星,並留下行星狀星雲。

相關焦點

  • 同樣都是核聚變反應,為什麼氫彈瞬間爆炸,太陽卻能維持100億年
    我們在一些關於氫彈爆炸的資料中可以領略一下氫彈爆炸的威力。它的爆炸主要是利用了氫的同位素(氘、氚)的核聚變反應。這個過程中氫彈釋放能量實在是大得令人恐懼。但是太陽內部的核聚變反應的時間要漫長的多。太陽的核聚變的反應不但已經持續了46億年的時間,而且未來還會穩定的維持大約60億年。為什麼太陽的核聚變反應能夠穩定維持100億年而不是瞬間爆炸完了呢?
  • 太陽和氫彈一樣是核聚變反應,它怎麼能夠維持46億年而不瞬間爆炸
    我們發現太陽內部也在進行著和氫彈一樣的核聚變反應。氫彈爆炸那幾乎是瞬間的事情。但是太陽內部的核聚變反應的時間要漫長的多。太陽的核聚變的反應不但已經持續了46億年的時間,而且未來還會穩定的維持大約60億年。為什麼太陽的核聚變反應能夠穩定維持幾十億年而不是瞬間爆炸完了呢?
  • 太陽是可控核聚變嗎?不然的話為什麼不會爆炸?
    那麼,為什麼氫彈會在一瞬間完成核聚變然後引發大規模的爆炸,而太陽的核聚變卻可以穩定持續100億年之久?首先我們要明白,核聚變並不是所有氫原子都參與其中。事實上,早在人類第一顆氫彈爆炸的時候,科學家們已經做過計算,如果氫彈的全部質量都轉化為爆炸能量的話,氫彈的威力要比實驗的結果強大太多了!所以,氫彈在爆炸時,大部分並未參與其中!
  • 太陽發光是因為核聚變,為什麼它不像氫彈瞬間爆炸並燃燒殆盡?
    那麼問題就出現了,人類目前對於核聚變的應用主要是在武器裝備上,也就是威力巨大的氫彈,氫彈爆炸瞬間就可以完成,那麼太陽內部的核聚變為什麼可以一直持續著進行100億年,而不是瞬間完成能量釋放過程?太陽內部的核聚變只在一定範圍內才進行,這個部分被稱為太陽內核,大約是從中心點開始達到0.2太陽半徑的位置,這個區域是溫度和壓力最高的地方,同時也是太陽核聚變發生的地方。
  • 太陽也是核聚變反應,為什麼太陽能夠維持穩定而不發生爆炸?
    太陽的主要組成就是氫,在高溫高壓的環境中發生碰撞進行核聚變形成氦太陽每秒鐘會消耗6億噸氫,經核聚變形成5.95億噸氦,在反應過程中損失的500萬噸質量都按照質能方程轉化成能量。
  • 太陽那麼高強度的核聚變反應,為什麼不會失控?
    大家都知道,太陽內部的核聚變和氫彈爆炸的原理有一定的相似性,為何氫彈瞬間燃爆,而太陽可以持續釋放能量呢?之所以出現這樣的情況,有一個非常形象的概念來形容,那就是可控性。簡單來說,氫彈爆炸屬於不可控的核反應,而太陽內部的核反應屬於可控的核聚變。
  • 為什麼太陽的核聚變反應,不是一瞬間全部爆炸,而是持續發生的?
    為什麼太陽的核聚變反應,不是一瞬間全部爆炸,而是持續發生的?太陽每日都在為地球提供光和熱,正是因為太陽所帶來的能量,才讓地球從一個光禿禿的球體變為了生命遍地的美麗星球,所以生命體根本無法離開太陽。所以,太陽對於地球來說,是非常的重要的,它可以不斷的為我們提供能量,那麼,它能為地球持續不斷供能的原理又是什麼呢?
  • 太陽核心溫度只有1500萬攝氏度,為什麼會發生核聚變反應?
    在這裡,有的朋友不禁要問了,太陽內部的溫度只有1500萬攝氏度,為何就能激發核聚變反應呢?很多朋友估計對氫彈爆炸印象深刻,瞬間就會向外界釋放巨量的能量,隨著爆炸產生的衝擊波對周圍區域的殺傷力無比巨大。其實氫彈爆炸的過程主要包括兩個階段,前一階段包含著原子彈爆炸的過程,即利用鈾235等重元素核裂變產生巨大能量。
  • 核聚變電站失控,會不會發生什麼災難?
    什麼是核聚變?既然要討論核聚變電站,我們就先要了解什麼是核聚變?1932年澳洲科學家馬克·歐力峰(MarkOliphant)率先發現兩個較輕的原子核可以融合為一個較重的核,並且在融合過程中產生質量虧損而釋放出巨大的能量。
  • 太陽既然是核聚變反應,為什麼不像氫彈一樣瞬間炸完?
    ,促使原子產生核聚變從而加速了太陽的形成。太陽是個特別活躍的天體,它的內部始終發生著劇烈的核反應,從中心到0.25太陽半徑是太陽發射巨大能量的真正源頭,也稱為核反應區。也就是從這裡,太陽核心處的溫度高達1500萬度,壓力相當於3000億個大氣壓,隨時都在進行著四個氫核聚變成一個氦核的熱核反應。
  • 論科學:太陽內部發生的核聚變為什麼能持續很久,而不是一瞬間?
    太陽是一直在不斷的為我們的地球提供著能量的,相信大家都知道,太陽之所以能夠為我們源源不斷地提供能量,主要是因為在太陽的內部,在不斷的發生著核聚變反應,由此才可以放射出如此多的能量,那麼就有人非常的好奇,太陽從誕生到現在,已經45.7億年了,一直源源不斷的在放射著能量,內部也一直在不斷的發生著核聚變反應。很多人在想,為什麼太陽不是一瞬間放射出所有能力?
  • 太陽中心功率密度只有人體十分之一,為什麼還能發生核聚變反應?
    這種反應發生在兩個氫原子之間。氫原子只有一個質子,兩個質子必須走到一起,合成氦原子核,才會釋放出巨大的能量,照亮黑暗的宇宙。有些人可能覺得不可思議,核聚變反應不是瞬間就完成的麼?氫彈爆炸一瞬間,所有該結合的質子就結合起來了,釋放出足以毀滅一切的狂暴力量,怎麼參與太陽聚變反應的質子就要76.2億年才有一次機會呢?
  • 太陽和氫彈都是核聚變,為什麼太陽不會像氫彈一樣爆炸?
    我們知道太陽和氫彈都是核聚變的原理,那麼為什麼氫彈會直接爆炸,而太陽卻不會像氫彈一樣爆炸呢?今天我們就來講一下。要搞清楚這個問題,我們需要先簡單了解一下核聚變的原理。所謂的核聚變,指的是讓多個原子核互相碰撞,並使這些原子核產生聚合作用的過程,它們在生成更重的原子核的同時,會由於質量虧損而釋放出巨大的能量。
  • 同樣是核聚變反應,為什麼太陽沒有像氫彈那樣一下子全炸了?
    氫彈也屬於核武器的一種,它主要是利用氫的核聚變反應形成爆炸的一種殺傷性武器。而太陽的燃燒同樣是由核聚變反應所引起的,四個氫原子核通過核聚變反應產生一個質量更重的氦原子核,從而釋放出大量的能量以此來維持太陽的燃燒。那麼,為何太陽內部發生核聚變反應時沒有像氫彈那樣一下子全炸了呢?
  • 太陽發生核聚變,為什麼沒像氫彈一樣炸掉?科學家:其實不一樣
    氫彈發生核聚變會爆炸,太陽也發生核聚變,為什麼卻一直安然無恙 現如今,隨著科技的快速發展,人類的文明也在取得了巨大的進步,其中人類也發明了很多強大的武器,比如說氫彈就是人類所熟知的威力最為強大的一種武器。
  • 同是核聚變,為什麼氫彈爆炸連渣都不剩,太陽卻在持續燃燒
    氫彈的爆炸和太陽能持續燃燒的原因都是因為核聚變的反應才產生的,那人們會提出疑問,同樣都是核聚變,為什麼氫彈的爆炸會連渣都不剩,而太陽卻能燃燒很多年呢?原子彈爆炸從歷史中我們知道在第二次世界大戰中,美國向日本的兩個地方:廣島和長崎投射了2枚原子彈,原子彈的爆炸造成了很多人員的無辜死亡。
  • 同是核聚變,為什麼氫彈爆炸連渣都不剩,太陽卻在持續燃燒?
    氫彈的爆炸和太陽能持續燃燒的原因都是因為核聚變的反應才產生的,那人們會提出疑問,同樣都是核聚變,為什麼氫彈的爆炸會連渣都不剩,而太陽卻能燃燒很多年呢?氫彈利用的是氫原子核的核聚變反應,同時也會有部分質量的損失,根據愛因斯坦的公式△ E=(△m)c,質量會以能量的形式釋放出來,因此氫彈爆炸產生的能量威力無比,連渣都不剩。
  • 氫彈和太陽都是核聚變反應,為什麼太陽不會像氫彈一樣爆炸?
    引言:在物質能量中,粒子反應產生的能量是最為豐富的,無論是核裂變還是核聚變都可以產生大量的能量,因此粒子反應一直是科學家研究的領域,現在的核電站一般都是核裂變產生能量,不過太陽卻是通過核聚變產生能量的,這與氫彈的核聚變反應類似,但是氫彈的核聚變反應是不可控的,太陽核聚變反應卻是可控的,這到底是為什麼呢?
  • 太陽的核聚變鏈式反應
    但實際上太陽核心的溫度接近1500萬開爾文,並且壓力超過地球海平面大氣壓的3000億倍。在如此高的溫度和壓力下,氫原子核(質子)相互撞擊。但僅讓原子核發生碰撞並不足以使它們發生核聚變。氫原子核帶正電,所以它們距離越近靜電斥力就越大(同性相斥)。原子核之間的靜電斥力非常之高,使得大多數碰撞並不能強大到足以克服這個斥力。
  • 為什麼氫彈一點就炸,太陽的核聚變卻如此穩定?
    那麼為什麼人類發明的氫彈一點就炸了,但是太陽的核聚變卻能夠如此穩定地進行幾十億年呢?太陽的核聚變太陽核心的溫度是15,000,000K,也就是約為1500萬攝氏度。那為什麼地球的氫彈卻需要上億攝氏度的溫度才能爆炸呢?