为什么太阳当中的核聚变会连续不断地进行下去,而没有瞬间崩完?

作者&投稿:干禄 (若有异议请与网页底部的电邮联系)

核聚变

我们都知道,太阳的燃烧依靠的是太阳核心的核聚变反应,一般人一提到核聚变一般都会想到氢弹爆炸。然后,一下子全炸了。

可是,我们要知道的是,如果你单纯投一颗氢弹,那是炸不起来的,能量也不给力。不信?我们可以来看一看反应原理,核聚变的反应原理一般来说是D-T反应,就是下面这个方程式

D和T其实都是氢的同位素,反应会产生17.6MeV的能量。具体的过程就是这下面这样:

我们再来看看核裂变反应,也就是原子弹的原理,

看到没?核裂变其实要比核聚变反应生成的能量多得多,但为什么我们总觉得核聚变更猛呢?这是因为,氢比较轻。所以按照单位质量来算,核聚变效能更好一点罢了。不过这不是重点,重点是,核聚变反应需要超高的温度。具体要多少度呢?

这其实还和压强有关,在地球的一格标准大气压下,温度达到一亿度时,D和T的等离子体发生核聚变,才能保证爆炸后产生的能量大于爆炸所需的能量。

因此,一般来说,氢弹都不是纯粹的氢弹,而是氢弹-原子弹的结合体,分为二相弹和三相弹。

二相弹就是我们说的氢弹,爆炸之后还挺干净的,这里的干净指的是没有核污染。用的是核裂变来提高温度激发核聚变产生。

三相弹也被叫做氢铀弹,会经历核裂变-核聚变-核裂变,同时靠核裂变提供温度激发核聚变产生,只不过多了一步核裂变,这种三相弹的威力要比二相弹大的多得多(成倍数的),而且会造成非常严重的核污染。

目前来说,其实各国手里掌握更多的氢弹是三相弹,而不是二相弹。不过,无论是哪一种,其实都需要核裂变来提供温度。

所以,你看,其实氢弹的反应条件还是非常苛刻的。而太阳其实核心的温度只有1500万度,远远达不到一亿度的要求,不过好在太阳的压强特别大(这里指的是核心),达到了250万个大气压。但经过一些列的计算,你还是会发现,还是不太够。那为什么太阳还是会发生核聚变呢?

太阳核心燃烧的机理

这里就要提到一个“量子隧穿效应”,指的是:

微观粒子能够穿入或者穿越位势垒的量子行为,尽管位势垒的高度大于粒子的总能量。

太阳要燃烧其实依靠的就是量子隧穿效应。那具体体现在哪里呢?

这其实需要我们重新认识一下太阳内部的情况,太阳其实是一个等离子体。你可以简单理解成,这是一种一般三态不一样的状态。等离子体是由阳离子、中性粒子、自由电子等多种不同性质的粒子构成的。

而在太阳内部主要就是质子(氢核)和电子。而核聚变反应其实是需要质子剧变成氦-4核。这当中有两种路径,一种叫做质子-质子反应链,一种叫做碳氮氧循环。其实结果都是质子到氦-4的过程,因此,我们以质子-质子反应链为例。

质子和质子之间其实存在静电斥力(毕竟都是带正电的),但又要求质子和质子之间能够发生核聚变反应,所以其实量子隧穿效应是克服这个的问题。不过,即使存在量子隧穿效应,要克服两个质子之间的静电磁力也需要很大的能量,即使在太阳系中心,平均也需要10^10年才能完成。当然,由于太阳巨大无比(毕竟整个太阳系99.86%的质量都在太阳这里),所以这个反应能够进行下去,只不过会十分缓慢而已。这也是为什么太阳没有一下子全炸了的原因。

从宏观上看

刚才说到的其实是从微观上看,静电斥力的存在,使得反应进行的很慢。除此之外,其实太阳核心核聚变的剧烈程度是和温度、压强有关的。你可以想象一下,一旦核聚变被点燃,其实就会产生一个向外的压力,这时候,中心的压力就会减小,这就回放缓核反应。所以,引力和核聚变产生的向外压力是一对形成动态平衡的力。

这引力和对外压力的博弈,会使得太阳核心的压强和温度都发生变化。这也是保证太阳核反应能够循序渐进,而不是一下子全炸的原因之一。还要引力占据优势,温度和压强就会升高,产生的核反应就会剧烈,这时候对外的压力也会增强,反之亦然。

最后,我们来总结一下,太阳没有一下子全炸了,主要有三个原因:

氢弹是在1亿度下被点燃的,而太阳核心的温度只有1500万度,压强是大气压的250万倍,但这也不足以直接引爆太阳,所以两者是有区别的。质子和质子之间的静电斥力使得点燃太阳核心核反应的第一步很缓慢。太阳的引力和核聚变对外的斥力形成了动态平衡,所以,它们约束了太阳核心核聚变的剧烈程度。



因为太阳的体积非常大,而且核聚变的原料非常丰富,所以太阳当中的核聚变会连续不断地进行下去,而没有瞬间崩完。

核聚变

众所周知,太阳的燃烧取决于太阳核心的核聚变反应。当大多数人想到核聚变时,他们通常会想到氢弹爆炸。然后它一下子爆炸了。

对啊,他就是一瞬间崩完的。不过是相对于宇宙的一瞬间 对于我们人类来说有点长而已。

和压强有关,在地球的一格标准大气压下,温度达到一亿度时,D和T的等离子体发生核聚变,才能保证爆炸后产生的能量大于爆炸所需的能量。因此,一般来说,氢弹都不是纯粹的氢弹,而是氢弹-原子弹的结合体,分为二相弹和三相弹。二相弹就是我们说的氢弹,爆炸之后还挺干净的,这里的干净指的是没有核污染。用的是核裂变来提高温度激发核聚变产生。三相弹也被叫做氢铀弹,会经历核裂变-核聚变-核裂变,同时靠核裂变提供温度激发核聚变产生,只不过多了一步核裂变,这种三相弹的威力要比二相弹大的多得多(成倍数的),而且会造成非常严重的核污染。

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太阳内部一直都是处于核聚变,但是为什么没有炸到周边的星球?
答:寿命大约100亿年,目前的太阳大约45.7亿岁,在太阳年龄增长的过程中,太阳内部进行不间断、持续地核聚变反应。太阳核聚变的爆炸影响范围说到核聚变的爆炸范围,就不得不提到太阳的大致结构,由内至外分为核心区、辐射区、对流层、光球层、色球层、日冕层等,其中与核聚变有关的区域是核心区和辐射区,...

老师说太阳是核聚变,为什么太阳不一次性反应完,而是能缓慢反应100亿年...
答:如果没有核聚变反应向外辐射能量,所有的物质就会全部向太阳中心集中。太阳能够保持稳定,就是因为向内的引力与向外的辐射压力相平衡。如果聚变反应剧烈一些,向外的辐射压力就会大一些,气体物质就会向外膨胀。而向外膨胀的气体又会使内部的气压下降,造成温度下降,聚变反应强度也会跟着下降,向外的辐射...

太阳也是核聚变反应,为什么太阳能够维持稳定而不发生爆炸?
答:太阳每秒消耗6亿吨氢,通过核聚变形成5.95亿吨氦。根据质量能量方程,在反应过程中损失的500万吨质量转化为能量。由于太阳内部的高压和高温,等离子体材料的热运动非常快。在这种情况下,氢原子核可能会相互碰撞,并在以剧烈的不规则运动相互碰撞时形成氦原子核。如果恒星的质量在上限和下限之间,恒星将继续...

太阳发出的光和热能量来源于太阳内部不断进行着的哪种反应?
答:只能靠强大的磁场来约束。由此产生了磁约束核聚变。优势 (1)核聚变释放的能量比核裂变更大。(2)无高端核废料,可不对环境构成大的污染。(3)燃料供应充足,地球上重氢有10万亿吨(每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油)。

太阳也是核聚变反应,它是如何保持稳定的?
答:而太阳内部就具有着高温和髙压,能够对他们开展相抵,与此同时太阳内部也是有很大的吸引力,能够拘束住这种向扩散的高温和髙压。因此她们就产生了一个美妙的均衡点,核聚变造成了髙压向外抽射出来,而太阳本身的吸引力则又要把这种震波给拉上来一部分。进而保持自己的关键不会坍塌。自然这一全过程并并...

太阳裂变还是聚变
答:2.太阳的能量来源 太阳的主要能量来源就是核聚变反应。在太阳的核心区域,温度达到了数千万摄氏度,使得氢原子核具有足够的能量来克服库仑斥力,从而发生核反应。太阳的质量和内部温度足够高,使得核聚变连续不断地发生,持续释放出巨大的能量。这个能量维持了太阳的热量和光度,支持了地球上生命的存在。3....

太阳能的工作原理是什么?
答:它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源,以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外,还可以用作其它类型的动力源、热源等。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道...

太阳是核聚变反应,为什么太阳能够维持稳定不爆炸?
答:由太阳的核聚变我们可以得到一些启发。核聚变会在一瞬间产生非常高的温度。人类目前还没有制造出来能够耐如此高温的物质,但是我们可以利用高强度的磁场来达到控制核聚变能量以一种稳定的方式释放的目的。 其实不然,科学家现在正是在想办法用这种方式来研究可控核聚变这一过程的。

太阳为什么不会爆炸?
答:太阳成分由于引力势能的作用,在其内部产生高温引发核聚变。40亿年后,太阳会产生氦聚变,会产生一定塌缩,由于太阳并不能算是大恒星,所以引力导致的压力不会使聚变继续进行,太阳会塌缩成一颗白矮星。如果恒星质量达到太阳的八倍以上,随着聚变不断进行,释放的能量会逐渐减小。聚变能和引力能相对抗,...

太阳持续百亿年的核聚变能量,靠什么来维持?
答:对于我们来说寿命是一件不愿意提及的事情,相比于地球生物来说我们已经算长寿,但在这个宇宙看来,我们的寿命不及一颗星球的亿分之一,在太阳系中,太阳是寿命最长的星球,每天太阳所需要燃烧的燃料难以估计,太阳持续百亿年的核聚变能量,靠什么来维持?一部分来自于周围星球的吞噬,更多的是自己本身的...