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?

2020-12-06 鍾銘聊科學

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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?

這個問題其實也很簡單,氫彈的核聚變反應是很劇烈的,反之,太陽內核的核聚變反應是很緩慢的。那為什麼會造成這樣的情況發生呢?

氫彈的核聚變反應

這就要從兩者的核聚變說起,它們的核聚變實際上是有區別的。氫彈常用的核聚變方程是通過氘核和氚核在超高溫環境下生成氦核、中子以及能量

這裡我們需要注意的是,原子核是由質子和中子構成的,而質子是帶正電的,中子不帶電,因此,原子核都是帶正電。根據同種電荷相排斥的原理,庫倫斥力會阻礙原子核的核聚變反應,所以,這個過程需要超高溫的條件,這樣可以提供給原子核足夠多的能量來克服庫倫斥力。

這個超高溫的條件常常需要達到1億度甚至是數億度。一般情況下,人類要創造出這樣的超高溫環境是十分困難的。科學家在製造氫彈時候就想到了一個辦法:通過核裂變來引發核聚變

具體來說就是,在氫彈內部有兩種核燃料分別是:核裂變燃料和核聚變燃料。

要引爆氫彈實際上是先點燃核裂變燃料,核裂變反應會產生這個超高溫環境,這就給核聚變反應提供了反應條件,於是,核聚變反應也就得以進行了。我們可以粗暴地理解成:先引爆了一顆原子彈,然後通過原子彈產生的超高溫點燃了氫彈。

太陽的核聚變反應

雖然核裂變可以在短時間內產生了上億度的超溫度,可我們要知道的是太陽內核溫度只有1500萬度,這個溫度距離上億度還有很大的距離,因此,太陽並不能像氫彈那樣來進行核聚變反應。那太陽的核聚變反應是如何進行的呢?

太陽內部有兩種核聚變反應,分別是質子-質子反應鏈碳氮氧循環,其中主要是質子-質子反應鏈,而碳氮氧循環只有很小的比例。兩者的本質其實是類似的,我們都可以粗暴地理解成四個質子(氫原子核)反應生成氦-4核。

在質子-質子反應鏈中,第一階段的核聚變反應才是關鍵,如果第一階段反應無法進行,太陽也就無法進行核聚變反應。第一階段的反應是兩個質子(原子核)通過反應生成氘核,本質上就是一個質子通過反應變成了中子和正電子。

在整個過程中,質子(氫原子核)也是帶正電,它們之間也有庫倫斥力,所以,核聚變是很難進行的,也是需要上億度的反應溫度,這個反應如果拿到地球上來是無法進行的。那為什麼在太陽當中就可以進行呢?

這是因為在這個反應過程中,需要有「弱力」的加入,正是「弱力」使得其中一個質子轉變成了中子和正電子。

弱力特別的弱,發生的概率非常低,在太陽中,一個質子與其他質子遭遇,最終反應生成氘核的事件大概需要10億年才能發生一次。所以,這個反應在地球上無法進行的最根本原因就是因為發生的概率太低了。但是,到了太陽這裡就可以發生。這是因為太陽特別大,太陽的質量佔據了整個太陽系總質量的99.86%以上,是地球質量的33萬倍,而且其中氫的質量佔據了75%左右,如果我們從粒子數的角度來看,氫佔到了92%左右。也就是說,太陽中,質子(氫原子核)的數量是極其龐大的,而且太陽內核是呈現等離子態,這也給質子相遇提供了有利條件。

因此,即便是再小的概率,這樣的條件下,也是可以發生的。只不過,由於弱力的存在,使得反應的速度不會像氫彈那樣快,只能慢慢燒著,這其實也就是太陽能夠燃燒上百億年的秘訣。

總結

最後,我們來總結一下,氫彈的核聚變反應是通過核裂變反應來提供超高溫來進行的,這溫度達到了上億度。而太陽內核的溫度達不到這樣的條件,太陽的核聚變反應能夠進行的根本原因在於太陽特別大,擁有數量龐大的質子(氫原子核)。所以,即便是弱力再弱,也可以發生。只不過,由於弱力特別弱,所以太陽無法一下子全炸了,只能慢慢燒著。

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  • 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?
  • 同樣是核聚變,為何太陽能燃燒100億年,而氫彈頃刻間就炸完了
    自此之後人類終於進入了核時代。而到如今,早就已經不只有美國一個國家擁有核武器了,包括我們中國也成功研發並爆破了核武器,特別在原子彈的基礎上還研發出了氫彈。相比較原子彈而言,氫彈的爆炸威力更巨大。氫彈的爆破原理其實就是利用太陽的核聚變來完成的。但不同的是,太陽能夠無時無刻不進行著核聚變反應,可是地球上的一顆氫彈在引爆的同時就會慢慢的消失。
  • 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?
    不過,照理說1500萬度的溫度是不足以引發氫原子核的核聚變反應。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。
  • 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?
  • 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?太陽的核聚變從上文可以看出氫彈爆炸的先決條件之一是溫度要高,然而太陽表面的溫度為6000度,核心處的溫度高達1500萬度,這樣的溫度根本達不到核聚變反應的要求,那為什麼太陽內部能發生核聚變呢?
  • 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?
    自從人們發現了核聚變反應以後,就摒除了曾經對太陽燃燒的不切實猜測。我們都知道在人類發展中,經歷過數次工業革命,每進行一次工業革命,人們就會發現全新的能量來源,製造出相應的能量供應設備。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。這一結論出現以後,在一段時間內的確很振奮人心,但是隨著氫彈等同樣利用核聚變反應的武器誕生以後,人們又發現了新的問題:氫彈與太陽同屬於核聚變反應提供能量,氫彈從反應到爆炸只需要幾秒種,為什麼太陽能夠燃燒100億年呢?
  • 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?科地球上的海水中含有豐富的核聚變原材料,氫的同位素氘。科學家估計海水中的氘總量達40萬億噸。如果將這些氘全部用於核聚變反應的話,釋放出的能量可供人類使用幾百億年的時間。這塊能源實在是誘人,但是人類要想實現可控核聚變技術並不容易。像氫彈這樣的核聚變反應是不可控的。太陽也許能夠給我們啟發。
  • 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?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。
  • 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?
    太陽是一顆普通的黃矮星,根據太陽質量天文學家預估模型,太陽有100億年的壽命,目前已經過去了50億年。恆星的演化是一個漫長的過程,短的數千萬年,長的數百億年甚至更久,這主要跟恆星的質量有關。恆星質量越大壽命越短,質量越小壽命越長。
  • 同樣是核聚變,為何太陽可以燃燒100億年,而核彈卻不行?
    上文中說過,太陽之所以會釋放出能量,都是因為它的內部不斷進行核聚變,而之所以太陽會進行核聚變,都與大量的氫氣有關 我們都知道,氫氣做的氫彈在核聚變的反應下,它可以一下子就爆炸,而且威力驚人。
  • 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!
  • 同樣是核聚變, 為何太陽可以燃燒100億年, 而核彈卻不行!
    太陽作為一個巨大的等離子體,它的內部大量都是氫氣,通過核聚變,源源不斷的向外發射著各類能量,科學家對此進行過一個比喻,比方說每秒鐘太陽會像太空中拋灑大約22    上文中說過,太陽之所以會釋放出能量,都是因為它的內部不斷進行核聚變,而之所以太陽會進行核聚變,都與大量的氫氣有關。
  • 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儘管氫彈會造成廣泛的破壞,但氫彈也會因爆炸而失去作用。與可以永遠存在的太陽不同,太陽已經燃燒了50億年,而太陽仍然可以繼續發光和熱50億年。
  • 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?
  • 為何太陽能燃燒100億年,而不會瞬間燃盡?
    這也就意味著,假如有一天太陽停止燃燒,那麼地球將很快轉變成一顆死寂的冰凍星球,但好消息是,我們不必為此擔心,因為太陽能燃燒100億年。雖然太陽已經燃燒了大約50億年,但留給我們的時間還有很多,所以我們完全可以花一點時間來了解一下有關太陽的知識