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太阳既然是核聚变反应, 为什么不像氢弹一样瞬间炸完, 而是持续不断地聚变反应?

时间:2017-10-30 23:28:43来源:作者:点击数:
应天书院,yzqz.cn
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  核聚变反应的发生,比如氢核聚变成为氦原子核,因为要克服正电荷之间的能量势垒,也就是两个正电荷接近时产生的非常大的排斥力,所以原子核必须具备非常大的能量,也就是温度和压力都非常大。只有在某些特殊条件下才能实现。
  
  太阳(恒星)和氢弹,属于两种类型的核聚变,太阳是引力约束,就是由于其巨大质量产生的压力,使内部达到高温高压条件。所以在太阳生命的初期,有一个引力聚集质量,实现“点火”的过程。天文学家们也因此可以区分成功点火的恒星,和无法实现“点火”的褐矮星,因此我们也可以知道为什么木星、地球这样的行星本身不发光——质量太小了。
  
  氢弹是利用原子弹爆炸(不可控的核裂变过程)产生的瞬间高温高压,使核聚变材料发生核聚变,既然原子弹只是“一次性消耗品”,高温高压条件无法维持多长时间,所以氢弹爆炸自然也是瞬间发生,无法持续。
  
  太阳这样的恒星不一样,巨大的质量保证了它能够长期处于高温高压状态。而且还可以自我调节反应速度,这就是变星现象。实际上太阳也是一颗变星,亮度和大小都存在周期性变化,只是变化幅度非常小,我们平时觉察不出来。当引力收缩导致核反应速度加快时,产生的热量(能量)增加,会使太阳物质发生膨胀,从而物质密度减少,从而导致温度压力密度的减少,使核反应速度变缓。这样的自我调节机制,保证恒星在生命周期大部分时间可以平稳地发光。
  
  所以,我们不仅仅要知道核聚变是什么样的原理,更要知道同样的规律在不同条件下发生的时候,会表现为表观差异非常大的现象。比如要想在地球上实现可控核聚变,让它平稳高效地发电造福人类,就不能用氢弹这种毁灭一切地模式,也没法用太阳这种无视一切的模式(地球质量太小,我们没法“种太阳”)。物理学家们发明了电磁约束和激光约束模式,产生高温高压条件,又让处于这样极端条件下的核聚变材料能够平稳反应,用来发电。
  
  当一个物体变得像太阳这么大的时候,它的每个原子的引力都向中心塌缩并输送压力和热量。而由于太阳的质量巨大,因此它的引力就可以积累到极高的温度,温度越高,原子核运动速度越快,当达到1000万度时,原子核的电磁力将无法阻挡高速奔跑的原子核相互碰撞的力量。于是原子核的强力终于在瞬间的结合并让物质释放出巨大能量,这就是核聚变。
  
  太阳自存在以来,只损失了万分之一的物质。能量在它的大约70万公里的深处的核心产生,要经过1000万年才能上升到表面,光在太阳的肚子里走得比蜗牛还慢,正因为这样,这个能量的“亿万富翁”才能从容地使用自己的存款,坐吃而不山空。
  
  核聚变不是裂变的链式反应,而是当条件符合了之后的自发反应反应放出大量的热量,让太阳有向外扩张的趋势,而引力有让太阳收缩的趋势,二者正常情况下达到均衡,即为太阳目前的主序星状态
  
  太阳跟木星都是太阳系中的气态星体,本身都由宇宙中的原子序数较小的氢氦等气体组成,太阳虽由气体原子组成,但由于自身质量较大的关系,各部分之间的万有引力作用巨大,使内部温度和压力能够达到,较轻的原子核之间相互结合,产生较重的原子核的核聚变反应,并将其中一部分的质量转化为能量即内部组成元素粒子的动能用以对抗不断向内的引力塌缩,维持现有平衡,就像内燃机能够束缚化石燃料放出的能量而不至于爆缸一样,太阳内部的压力可以束缚核聚变反应的能量,太阳的寿命已经走过生命历程的一半即五十亿年的过程,但仍有相同时间的寿命,太阳会长期稳定在现有状态,直至其内部轻核燃料的核反应燃烧殆尽,又由于其自身质量不足以推动更重核的核反应而无法对抗自身引力而终结。
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