氫彈是一種核武器,主要的原理是氫的同位素進行核聚變從而所釋放的能量。我們也知道太陽的核心主要是由氫元素所構成的,太陽就是通過內部不斷進行核聚變來發熱的。
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?
人類能發明出像太陽一樣的,可控的「氫彈」嗎?
宇宙中的恆星的內核基本上都在進行著核聚變,那核聚變究竟是怎樣的一個過程呢?
核聚變就是指質量較小的原子在高溫高壓下讓核外電子擺脫原子核的過程,兩個原子核相互吸引和碰撞,產生了聚合作用,從而可以生成質量更大的原子核。在核聚變的過程中質量的損失釋放了巨大的能量。
目前人類已經可以實現不可控的核聚變了,也就是我們上面提到了氫彈,那麼有朝一日,人類能夠實現可控核聚變嗎?
質能方程E=mc²體現了能量與質量之間的關係,其中E表示的是能量,m是質量,c則表現為光速,愛因斯坦提出的這個方程就是用來解釋核變反應中的高能粒子的能量的。
光速的計算值為299792.458km/s,質能方程中體現為光速的平方,因此在核聚變的過程中,只要一點點質量的損失就能夠帶來巨大的能量。
也正是因為如此,太陽的燃料看似無窮無盡,燃燒了幾十億年,也仍然非常耀眼。
氫彈就是人類所實現的不可控的核聚變,因此從本質上來說點燃氫彈的過程就是一個核聚變的過程。氫彈主要利用的是氘和氚(氫的同位素)來實現核聚變並且釋放能量。
它的熱核反應為氘+氚→氦+中子+能量
實際上,要實現核聚變對溫度的要求很高,但是人類目前創造不出上億度的高溫,因此為了實現氫彈,這個過程中還涉及到了核裂變。也就是說先通過核裂變產生X射線,然後壓縮並且加熱次級的核聚變燃料,從而促使核裂變的產生。
氫彈的原理是核聚變的原理,原子彈的原理則是核裂變的原理。而氫彈的原料氘—氚聚變釋放的能量則比原子彈使用的鈾裂變的能量多得多,而且氘—氚的當量是沒有上限的。
但是原子彈中一旦鈾/鈽太多,就很有可能會自爆。
所以氫彈聚變的過程其實也使用了原子彈的原理,先用原子彈爆炸來提供高溫高熱,所以我們可以理解為氫彈爆炸的時候還附帶了一個原子彈爆炸,所以氫彈爆炸的威力比原子彈強得多。
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?
太陽的質量非常大,而且它的核心質量就佔據了99%以上,因此太陽內部受外部擠壓的力非常大,內部的溫度也非常之高,內部呈現出等離子的狀態。
也就是說在高溫下,原子中的電子被剝離出來,經歷了一個電離的狀態,所有的粒子不分你我,在太陽核心到處亂逛。
在弱力的作用下,一個質子會轉變成一個中子,然後中子和質子的結合又得到了一個氘核。雖然弱力產生的機率非常少,但是一旦太陽內部中間產生了一個氘核,核聚變的產生就水到渠成了。
我們稱太陽核聚變的過程為質子-質子的反應,是因為需要4個質子通過核融合來形成一個氦核,並最終釋放能量。
第一個原因是,氫彈的高溫難以保持。太陽內部的高溫高熱是一直可以維持的,但是在地球上並沒有這種條件,氫彈在爆發的瞬間就失去動力了。
第二個原因是,燃料質量太少。和太陽的質量相比,氫彈裡面的燃料簡直少的可憐,因此在爆炸的過程中是不可持續的,一旦引爆之後,燃料就用完了,更別說持續進行爆炸了。相比起來,太陽的燃料簡直是燒不光。
為什麼都是核聚變,氫彈卻一點就炸,太陽卻能持續幾十億年呢?實際上,氫彈雖然本質上是核聚變,但是它是先通過了核裂變來提供能量從而進一步推動了核聚變的產生。這也正是氫彈的威力比原子彈大的原因,氫彈在爆炸的過程中相當於附帶了一個原子彈爆炸。
氫彈是人類目前已實現的不可控的核聚變,與太陽相比它如此不穩定主要有兩個原因,一是氫彈反應的高溫難以長期保持,二是燃料質量太少不可持續。
關注麥克斯韋妖妖靈,帶你了解最新最有趣的科學動態。