人造太陽核心溫度上億,用什麼材料能隔絕熱量而自身不會融化?

2020-12-23 騰訊網

地球上生物的能量來源於太陽輻射,植物光合作用把太陽能固定下來,而食草的生物通過吃草來獲取能量,而食肉動物則通過吃食草動物來獲取能量,這樣就實現了太陽能從植物到動物的流動。

而太陽的輻射來自於太陽內核的核聚變反應產生的巨大能量,這也使得太陽的溫度非常高,太陽內核的溫度達到了1500萬度,而表面溫度達到了5500-6000度。

可以說太陽的溫度是十分可怕的,那麼問題就來了,地球上有沒有什麼物質可以直接拿去靠近太陽,而不會被太陽熔化的呢?或者在宇宙中存不存在拿到恆星表面而不會被熔化的物質呢?

地球熔點最高的物質

要拿到太陽附近而不被熔化,這就意味著這個物質可以抵抗住太陽表面5500-6000度的高溫。地球上存在這樣的物質嗎?

答案顯然是:不存在的。地球上的熔點最高的金屬單質是:金屬鎢。它的熔點可以達到3410℃,這個溫度遠低於太陽表面5500~6000度的高溫。

而地球上熔點最高的非金屬單質是:石墨。它的熔點比金屬鎢還要高一些,可以達到3850±50℃,同樣這個溫度也遠低於太陽表面的溫度。因此,無論是金屬鎢還是石墨,拿到太陽附近,也會被太陽熔化。

那有沒有比石墨熔點更高的物質呢?

我們可以在眾多的化合物中去尋找,地球上熔點最高的物質是鉿合金(Ta4HfC5),它的熔點溫度達到了熔點高達4215℃。這個溫度要比石墨的熔點高一些,但依然是遠低於太陽表面的溫度,因此,即便是拿著地球熔點最高的鉿合金靠近太陽,也避免不了被熔化的結果。

那有人可能在琢磨:中國的科學家不是搞出了「人造小太陽」,也就是可控核聚變反應的裝置。要知道太陽內核也是可控核聚變反應,如果地球上的物質都會被熔化,那「人造太陽」這個裝置是用什麼材料做的?為什麼可以承載可控核聚變,而不被熔化呢?

可控核聚變反應裝置

事實上,太陽內核的溫度是1500萬攝氏度,而中國科學家做的「人造小太陽」溫度可以達到1億度以上,並且前不久才實現了放電的功能。也就會說,「人造太陽」的反應溫度要遠遠高於太陽內核的溫度。那「人造太陽」不會被熔化嗎?

這其實和人造太陽的原理有關。當物質的溫度達到一定的程度,構成物質的原子會因為環境溫度過高而失去電子。這主要是因為電子獲得了足夠大的能量,擺脫原子核的束縛。

此時,物質不再是我們常見的三態(氣態、固態、液態),而是等離子態。所謂等離子態就是帶負電的自由電子和帶正電的離子共存的狀態,太陽內部的物質狀態就是等離子態。

而「人造小太陽」裝置中參與反應的物質也是等離子態,這就意味著它們是帶電的。根據電磁學理論,帶電粒子在磁場中會因為洛倫茲力的作用而發生偏轉,甚至是做圓周運動。

因此,我們只要對反應物加入一個磁場,就可以讓反應物在一個環形軌道中運動。此時反應物就不會和裝置材料接觸,也就不會熔化裝置,這樣的裝置也叫作託卡馬克裝置

中國的「人造小太陽」利用的就是這個原理,採用的就是託卡馬克裝置來實現可控核聚變反應。

除了利用磁場來束縛。

實際上科學家還想到了利用雷射來束縛,目前也確實有科學家在做相關的實驗,這也可以確保反應物和材料不會相互接觸,這也被稱為雷射束縛

所以,可控核聚變反應裝置並不是用太陽熔化不了的材料製作的。

既然地球上並不存在太陽熔化不了的物質,那麼宇宙中存在太陽熔化不了的物質嗎?

宇宙的未知物質

我們要知道的是,宇宙和地球是一樣的,我們都可以用一張元素周期表來描述構成宇宙中的物質。因此,宇宙中我們已知的物質都難逃過太陽的魔抓。

不過,根據20世紀物理學和天文學的發展,科學家發現,宇宙中還存在著兩種未知的物質,它們的存在影響著宇宙的演化,這兩種物質就是:暗物質暗能量。它們的佔比達到了全宇宙物質總量的95%,是宇宙的大多數,我們已知的反倒是少數。

按照目前的理論,暗物質應該是移動很慢的暗物質粒子構成的,它們遍布星系的周圍,能提供維持星系穩定的強大引力。因此,暗物質應該是不會被太陽(恆星)熔化的,否則星系中恆星眾多,暗物質都被熔化了,那星系早就崩潰了

其次,如果暗能量也會被太陽熔化,這就意味著恆星都會對它有影響,那暗能量應該是一直減少的才是,這和我們觀測是不符的。因此,暗能量應該也不會被恆星所熔化。

因此,暗物質和暗能量應該都是不會被恆星所熔化的,也就不會被太陽熔化的

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