為什麼氫彈一點就炸,太陽的核聚變卻如此穩定?

2020-10-11 麥克斯韋妖妖靈

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

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

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

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(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。

為什麼氫彈比原子彈的威力要大?

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?

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。

為什麼氫彈不可持續呢?

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。

小結:

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。

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相關焦點

  • 同樣是核聚變,為什麼太陽能夠燃燒數百億年,可氫彈一下就炸了?
    正因如此,人類對於太陽的研究從來都沒有停止過,從古代的日心說到現在,人類已經基本上搞懂了太陽燃燒的原理,但也有疑惑:同樣是核聚變,為什麼太陽能夠燃燒數百億年,而氫彈一下就炸了?它的核聚變是極緩慢極穩定的,這就讓它可以持續地向宇宙散發光和熱。
  • 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
    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?這裡每秒鐘發生聚變的氫元素的質量和太陽總質量比起來根本就不值得一提。這是太陽為什麼能夠持續幾十億年的進行核聚變反應的一個原因。不但如此,太陽內部的氫元素足以讓太陽的核聚變反應再持續大約60億年的時間。太陽內部的核聚變反應產生的向外的膨脹力無法突破太陽強大的引力。這兩種維持在一種相對平衡的狀態。
  • 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?
  • 同樣是核聚變,為什麼太陽能燃燒100億年,氫彈一下子就炸了?
    地球的能量主要來自於太陽輻射,但是實際上太陽輻射只有大概二十二億分一被地球接收到,而人類只能利用其中的萬分之一。太陽的能量來源於它內核的核聚變反應,和氫彈是類似的,可問題就來了,同樣都是核聚變反應,為什麼氫彈會一下子全炸掉,而太陽可以維持數百億年的核聚變反應?
  • 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,為什麼太陽能夠燃燒數百億年,而氫彈一下就炸了?
    太陽能夠持續百億年的核聚變反應主要是依靠「自身的引力」來維持的,而太陽最終會熄滅也是因為「自身的引力不足」導致的。那就是咋回事呢?太陽的核聚變反應這件事要從太陽的形成說起。舉個例子,氫彈也是氫原子核的核聚變反應,但是要引爆氫彈其實很難,因為這需要1億度的溫度,為了能夠引爆氫彈,科學家用到的辦法是先引爆一顆原子彈,原子彈可以提供氫彈反應的溫度條件,當原子彈被引爆後,氫彈才會跟著引爆。
  • 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
    這個過程中氫彈釋放能量實在是大得令人恐懼。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?
  • 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?
  • 同樣是核聚變,為什麼太陽能燃燒100億年,而氫彈一下就炸了?
    同樣都是依靠核聚變反應,氫彈一下子炸得渣都不剩,而太陽到如今已經燃燒了接近50億年,而且它還會這樣繼續燃燒幾十億年,那這到底是為什麼呢?要了解氫彈的核聚變,我們就得先搞清楚什麼是核聚變。這裡的「核」指的是原子核。核反應實際上分為核聚變和核裂變。從字面意義上,我們其實也能知道,核聚變就是幾個原子序數小的原子核發生融合,而核裂變實際上就是原子序數大的原子核分裂成原子序數小的原子核。
  • 同樣是核聚變,為什麼太陽能燃燒100億年,而氫彈一下就炸了?
    太陽源源不斷的能量來自於它內核的核聚變反應,這其實和氫彈的原理是類似的。可是你發現沒有?同樣都是依靠核聚變反應,氫彈一下子炸得渣都不剩,而太陽到如今已經燃燒了接近50億年,而且它還會這樣繼續燃燒幾十億年,那這到底是為什麼呢?
  • 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?氫彈爆炸原子彈的爆炸與氫彈的爆炸有什麼親密關係呢?因為氫彈爆炸要求的條件是非常苛刻的,其中之一就是溫度要達到一定的高度。因氫彈自身達不到如此高的溫度,故只能依託於原子彈爆炸產生的超高溫度傳遞給氫彈,從而來引爆氫彈。
  • 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。
  • 太陽是可控核聚變嗎?不然的話為什麼不會爆炸?
    事實上,在茫茫宇宙中無時無刻都在發生著核聚變,時刻進行著核聚變的天體被人們稱之為恆星!太陽便是這樣的天體!根據科學家的推算,太陽內部的核聚變已經持續了近50億年,而且在未來大約50億年內仍將繼續。太陽將在這種穩定的核聚變下「燃燒」完自己的生命,然後膨脹成為紅巨星,再坍縮成為白矮星,最後完全冷卻,消失在黑暗中!
  • 都是核聚變,為何氫彈爆炸只是一瞬間,而太陽能炸100億年?
    但是原子彈並不是人類威力最強大的武器,雖然原子彈是在二戰中使用過威力最強的武器,但是和現在的氫彈比,也不過是瑩瑩之火而已。氫彈會利用核聚變產生巨大的能量,而對於太陽來說隨時都在發生核聚變。但是都是核聚變,為何氫彈爆炸只是一瞬間,而太陽能炸100億年?原來太陽是利用核聚變反應燃燒的。
  • 同樣是核聚變,為什麼氫彈不能像太陽一樣持續發光和熱?
    氫彈爆炸的原理實際上是利用太陽的核聚變來完成反應,但不同之處在於太陽可以一直進行核聚變反應實際上,核聚變反應是在不同原子相互碰撞後利用原子核的聚變。這些材料的來源需要由科學家提供,但是太陽的質量和體積很大,因此完全不用擔心原子消耗後,沒有其他原子可以連續提供核聚變的原因。
  • 太陽也是核聚變,為什麼不像氫彈一樣瞬間炸完,能燃燒一百億年?
    這是一個非常能迷惑人的話題,因為太陽發光發熱的原理就是傳說中人類不該擁有的、隱藏在原子核中的聚變能!威力最大的氫彈「沙皇炸彈」用的就是氚氘核聚變,1961年10月30日在新地島,人類歷史上最為耀眼的一道閃光閃過,似乎要撕裂宇宙,總重量達到27噸沙皇炸彈中大量核聚變裝藥中蘊含的核能瞬間釋放出5800萬噸TNT的能量,衝擊波在短時間內橫掃上數百千米半徑內的一切!
  • 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。
  • 太陽是核聚變反應,為什麼不像氫彈一樣瞬間炸完,而是持續不斷的...
    46億年以前,通過一次宇宙大爆炸,產生了巨大的氫氣雲,其中有的被釋放出來,隨著漂浮的氫的集中,在太陽系形成了分子雲,在重力的施壓下開始高速旋轉,後來形成了巨大的圓環狀,再後來成了巨大的氣體球,在經過劇烈壓縮,促使原子產生核聚變從而加速了太陽的形成。
  • 同樣是核聚變,氫彈爆炸只是一瞬,為何太陽卻能燃燒百億年?
    比方說在一次工業革命中,人類發明了蒸汽機,在這一過程中,人們也研究過太陽的能量來源,但是研究來研究去只得出了太陽的能量來源不是煤炭的結論。這以後人們一直為了太陽的能量來源爭論不休,直到核物理學的誕生以及進步,人們才知曉太陽是利用核聚變反應燃燒的。