自然科普:都是核聚變,太陽和氫彈哪個熱?
來源:科學信仰
發布時間:2023-02-22
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核聚變,簡言之就是兩(liang) 個(ge) 輕原子合並成一個(ge) 重原子並釋放出能量的過程。

核聚變為(wei) 什麽(me) 能產(chan) 生如此巨大的能量?因為(wei) 在核聚變的過程中會(hui) 出現質量損失,而這些損失的質量會(hui) 以能量的形式被釋放出來,根據質能方程E=mc²可知,即便是極其微小的質量也能夠轉化為(wei) 十分巨大的能量,這就解釋了為(wei) 什麽(me) 核聚變釋放出來的能量如此巨大了。說到核聚變,馬上就會(hui) 讓人聯想到兩(liang) 個(ge) 東(dong) 西,一個(ge) 是頭頂上的太陽,另一個(ge) 就是氫彈了,那麽(me) 同為(wei) 核聚變,太陽和氫彈,哪個(ge) 釋放的熱量更多呢?

氫彈是一種比原子彈威力更大的核武器,在爆炸的瞬間會(hui) 釋放出巨大的能量,擁有將城市夷為(wei) 平地的恐怖力量。

不過氫彈雖然厲害,但同太陽卻不是一個(ge) 級別的東(dong) 西,不要說一顆小小的氫彈了,就算是整個(ge) 地球,在太陽的麵前也隻是一個(ge) 小黑點,質量僅(jin) 為(wei) 太陽質量的33萬(wan) 分之一。如此看來,氫彈似乎與(yu) 太陽沒得比,但事實上這場比試的勝者卻是氫彈,太陽其實並沒有我們(men) 想象的那麽(me) 熱。氫彈在爆炸的時候會(hui) 產(chan) 生上億(yi) 度的高溫,而太陽的核心溫度卻隻有1500萬(wan) 度左右。

太陽的溫度為(wei) 什麽(me) 比氫彈還低?

雖然二者的能量都是經由核聚變產(chan) 生的,但氫彈的核聚變是不可控的,所有的能量都會(hui) 在一瞬間被釋放出來,而太陽不同,它的核聚變是緩慢發生的,而這種可控的核聚變恰恰就是人類一直想要擁有的未來能源。其實,太陽核心的1500萬(wan) 度也並不是由核聚變所產(chan) 生的,事實上這1500萬(wan) 度才是核聚變能夠發生的誘因。如此說來,在開始核聚變之前,太陽的核心就有1500萬(wan) 度了?可以這麽(me) 說。

太陽核心的溫度本質上是由太陽的質量所決(jue) 定的。

當一團足夠大的物質在引力的作用下結合在一起時,會(hui) 不斷向中心收縮,收縮會(hui) 使得內(nei) 部壓力逐漸提升,在壓力的作用下溫度必然會(hui) 迅速升高。當這團物質的中心壓力和溫度都達到一定的條件時,核聚變就開始了。如此說來,太陽的溫度與(yu) 核聚變毫無關(guan) 係了?因為(wei) 有了高溫,才有了核聚變,但並不能說太陽的溫度也核聚變沒有關(guan) 係,因為(wei) 如果沒有核聚變,不要說高溫了,太陽本身都不可能存在下去。

太陽因引力的作用而不斷向中心收縮,這個(ge) 過程是不會(hui) 停止的,如果沒有核聚變,太陽就會(hui) 一直向中心坍縮,最終通過一次劇烈的能量釋放而坍縮為(wei) 一顆白矮星、中子星或黑洞。

由於(yu) 核聚變的產(chan) 生,太陽內(nei) 部粒子的運動變得更加劇烈,這就形成了一股抵抗的力量,這股力量與(yu) 引力實現了平衡,從(cong) 而阻止了恒星不斷向中心坍縮,同時,核聚變所產(chan) 生的熱量也成為(wei) 了恒星內(nei) 部熱量輻射耗散的一種補貼,這使得恒星可以以一種穩定的狀態一直存在下去。

核聚變所產(chan) 生的輻射擴張壓為(wei) 何能夠剛好與(yu) 引力實現平衡?

這其實很好理解,如果引力強於(yu) 核聚變所產(chan) 生的輻射擴張壓,恒星就會(hui) 進一步向中心收縮,這就會(hui) 導致太陽內(nei) 部升溫,高溫會(hui) 使核聚變變得更加劇烈,於(yu) 是就實現了平衡。反過來也是一樣,如果核聚變過於(yu) 劇烈,恒星就會(hui) 向外膨脹,於(yu) 是核心溫度下降,核聚變也會(hui) 趨緩,於(yu) 是又實現了平衡。當然,在恒星的內(nei) 部,核聚變並不會(hui) 反複變化,一旦達到平衡,則能夠在燃料耗盡之前穩定保持下去。



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