太陽既然是核聚變反應,爲什麼不像氫彈一樣瞬間炸完,而是持續不斷地聚變反應?

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太陽既然是核聚變反應,為什麼不像氫彈一樣瞬間炸完,而是持續不斷地聚變反應?

太陽表面的活動十分劇烈,與之相比地球上的氫彈爆炸,幾乎就是颶風中的一根火柴,那一下劃燃的閃光表示這根火柴存在過,但也僅僅如此而已...

太陽上巨大的磁暴活動,這個尺度比地球大多了!但您如果認為這裡就是太陽的聚變反應區域那就完全錯了,太陽的核聚變反應區域只存在於0.25個太陽半徑區域!

只有中心0.25R的區域內才是太陽內部發生核聚變的區域,在這個位置每秒有5.645億噸氫元素聚變成5.6億噸氦元素,其中消失的400多萬噸質量就徹底轉換成了能量,這個級別比起地球上的氫彈爆炸,那連颶風中的火柴都高估了......

但為何太陽並沒有在如此大能量的爆發中分崩離析呢?很簡單完全是因為這個內核區域巨大的壓力束縛!

在太陽外層物質如此巨大的壓力下,天文數字般能量釋放的核聚變猶如馴服了的野獸,在中心區域內時時刻刻“安靜”的進行著,而這個能量則通過對流的形式經過數百萬年的艱苦跋涉才會到達太陽表面,然後以光的形式進入宇宙空間....約8.3分鐘才映入您的眼簾,世間萬物,無不沐浴於陽光之下,人間百態,讓各位盡收眼底....這就是太陽,儘管它未來將是扼殺地球的兇手,但在暴躁的脾氣爆發之前,它依然是我們唯一的依靠!

不過為時尚早,擔心的各位朋友洗洗睡吧!


星辰大海路上的種花家


首先氫彈並沒有炸完,大多數原料還來不及參與核聚變反應,反應就結束了。

讓我們用可控核聚變來進行解釋。可控核聚變的難度,並不在於無法發生核聚變,而在於如何延長核聚變的反應時間。


當從外界輸入巨大的能量,通常以激光、X射線等方式,讓處於中心的氫彈丸瞬間處於高溫高壓的狀態,高溫讓氫原子的速度上升,同時這些氫受到的是一個強大的指向中心的壓力。於是這些氫原子向中心疾馳,只要這個中心足夠的小,那麼這些氫原子中就總有一些要迎頭相撞,注意僅僅是一些氫原子迎頭相撞,不是所有的。

只要相撞的力度足夠大,氫原子彼此就會融合在一起,轉變成氦,在這個過程中損失的質量轉變為能量,釋放出來,這就是核聚變。這一過程主要發生在內核區。當能量被釋放出來,內核的氫原子就會受到一個向外推的力,如果沒有外力來和核聚變產生的外推力相平衡,那麼剩下的氫原子的飛行軌跡就變成了從內往外飛,它們將無法繼續相撞,於是聚變反應就會停止。



而可控核聚變的關鍵就在於,如何持續提供的一個足夠強大的外力,維持住核聚變的持續發生,或者至少要發生到讓輸出的能量大於輸入的能量,否則就成了虧能反應,而不是放能反應了。人類在發展可控核聚變技術時,發展了激光約束和磁約束等方法,試圖持續的約束反應原料,不四處亂飛,而只在一個極小的範圍內飛,這樣才有足夠多的機會彼此相撞。目前,約束時間的長短,是人類研發成功可控核聚變的關鍵,中國科學家已經能持續約束60秒,這是一個了不起的成績。


其次氫彈的一瞬間的複雜度,如果沒有了解,也會把這事想得過於簡單化。

氫彈利用原子彈爆炸釋放外力,將大量氫原子向內推擠,雖然核聚變依然只能發生短短的一瞬,但由於使用的氫原子足夠多,那麼在一瞬間之內有機會迎頭相撞的氫原子也足夠多,於是核聚變產生出來的能量也就會足夠多。當然,如何讓原子彈爆炸時的能量,能被利用起來,在從前也是最高軍事機密。

圖示:世界上當量最大的沙皇核彈爆炸過程示意圖。沙皇核彈爆炸當量5000萬噸TNT,設計當量一億萬噸TNT,但由於擔心當量太大引發不可控的問題,在實際引爆的那顆沙皇炸彈,將當量縮減了一半。


首先用TNT提供的壓力,讓鈾235彼此撞擊,於是鈾235發生鏈式反應,鏈式反應持續的時間越長,鈾235釋放出的能量越多,這涉及到原子彈如何設計的秘密。


利用鈾235裂變釋放出的大量能量,引發核聚變反應。氫彈雖然被稱為氫彈,但實際上它不用氫,而是使用氫的同位素,氘和氚,因為氘和氚更不穩定,更容易發生核聚變。


最後,為了進一步提高核彈釋放的能量,還裝填了大量鈾238,鈾238很穩定,但在核聚變釋放出的非常多超高速中子的撞擊之下,鈾238發生裂變釋放能量。


所以,氫彈爆炸的一瞬間,可遠沒有想象中那麼簡單呢。

但不管怎樣設計氫彈,由於缺乏外界約束,所有反應事實上都只能持續存在一瞬間,然後大多數原料就被炸飛了,並沒有真的反應完全。


太陽上的核聚變

太陽能點燃核聚變,是因為它巨大的引力,讓氫原子向內核壓縮,這種壓縮產生了足夠的高溫和高壓。高溫提高了原子的速度,高壓提高了原子在空間中的密度。於是原子彼此間的劇烈撞擊隨之發生,當撞擊力度超過臨界值,於是核聚變發生了。


但必須指出,所有撞擊都是概率事件,實際上對於單個原子來說,發生撞擊的可能性都十分低,每時每刻只有極少數氫原子有機會相撞,產生核聚變反應。不過由於聚變釋放出的能量非常巨大,因此哪怕只是很少一點點原子發生的核聚變反應,也已經讓太陽發光發熱成為一顆恆星,或者被稱為太陽了。


伴隨著核聚變的發生,太陽的體積會隨之向外膨脹,伴隨著體積的膨脹,高壓狀態會隨之下降,原子在空間中的密度也隨之降低,核聚變反應速度隨之下降,釋放的能量變少,於是太陽在引力的作用下又會回縮,太陽的回縮引發核聚變反應加速,在經過許多次的振盪後,太陽得到一個相對穩定的狀態,此時引力產生的內壓與核聚變反應產生的外推力達到平衡。這個平衡也就讓太陽上的核聚變能源源不斷髮生,而不會熄火。



完成942答。歡迎瀏覽我的個人頁面,說不定這942答中就有你感興趣的問題呢。


三思逍遙


氫彈是迄今為止人類製造出來的威力最大的炸彈,它利用的是原子的核聚變反應,而我們的太陽也是以核聚變反應向外面輻射能量,因此我們常說太陽就是一個巨型氫彈。那麼問題來了,為什麼氫彈的核聚變爆炸只在一瞬間,然而太陽的核聚變卻可以進行100億年呢?為什麼它不會一下子爆掉呢?


首先必須指出的是,其實爆炸的氫彈它的核原料也並沒有一下子爆炸完,科學家們要做的只是儘量的增多參與爆炸的核燃料罷了,因為可控核聚變是一個很難操作的事情,如果好操作的話,核聚變發電早就實現了,這是因為讓氫原子撞擊到一起形成氦原子是一種概率事件。

比如氫彈的爆炸,我們要先通過原子彈爆炸將氫原子(通常為氫的同位素氘和氚原子)擠壓到一起,讓它們在高溫高壓的條件下發生碰撞引發聚變反應,從而引起氫彈爆炸,但是在這一過程中,並非所有的氫原子都參與到了爆炸中,而是其中的一部分發生了反應,其產生的能量就已經十分驚人,當核聚變爆炸發生之後,產生的極高輻射壓會把剩下的氫原子推向外部,氫原子也就不能相撞爆炸了,核聚變反應也就停止了,所以氫彈的爆炸只是一瞬間的事情。



太陽的核聚變和氫彈實際上略有不同,它的核聚變是由於自身引發的,由於巨大的質量產生的強大引力,造成了太陽內部的溫度和壓力都非常高,從而讓氫原子向內核壓縮,形成了沸騰的氫離子湯一樣的情景,氫原子彼此間的劇烈撞擊,有的氫原子的撞擊力度超過臨界值,於是核聚變發生了。


但是和氫彈的爆炸一樣,太陽內部的氫原子撞擊也都是概率事件,並不是所有的氫原子都在一瞬間撞擊到一起了,只是有很少一部分的氫原子撞到一起,產生了聚變能,所以太陽不會頃刻間爆炸,而又由於太陽規模非常巨大,它內部的氫原子也非常多,至今仍然佔到了太陽元素總量的75%以上,因此太陽可以長期持續的進行核聚變反應向外發光發熱。

科學家們計算認為,太陽每秒鐘有質量為6億噸的氫經過熱核聚變反應為5.96億噸的氦,並釋放出相當於400萬噸氫的能量,每秒鐘的核聚變能量相當於4億億顆廣島原子彈爆炸產生的能量,形成至今的50億年已經燒掉了一百個地球質量左右的氫元素。



科普大世界


核聚變反應的發生,比如氫核聚變成為氦原子核,因為要克服正電荷之間的能量勢壘,也就是兩個正電荷接近時產生的非常大的排斥力,所以原子核必須具備非常大的能量,也就是溫度和壓力都非常大。只有在某些特殊條件下才能實現。

太陽(恆星)和氫彈,屬於兩種類型的核聚變,太陽是引力約束,就是由於其巨大質量產生的壓力,使內部達到高溫高壓條件。所以在太陽生命的初期,有一個引力聚集質量,實現“點火”的過程。天文學家們也因此可以區分成功點火的恆星,和無法實現“點火”的褐矮星,因此我們也可以知道為什麼木星、地球這樣的行星本身不發光——質量太小了。

氫彈是利用原子彈爆炸(不可控的核裂變過程)產生的瞬間高溫高壓,使核聚變材料發生核聚變,既然原子彈只是“一次性消耗品”,高溫高壓條件無法維持多長時間,所以氫彈爆炸自然也是瞬間發生,無法持續。

太陽這樣的恆星不一樣,巨大的質量保證了它能夠長期處於高溫高壓狀態。而且還可以自我調節反應速度,這就是變星現象。實際上太陽也是一顆變星,亮度和大小都存在週期性變化,只是變化幅度非常小,我們平時覺察不出來。當引力收縮導致核反應速度加快時,產生的熱量(能量)增加,會使太陽物質發生膨脹,從而物質密度減少,從而導致溫度壓力密度的減少,使核反應速度變緩。這樣的自我調節機制,保證恆星在生命週期大部分時間可以平穩地發光。

所以,我們不僅僅要知道核聚變是什麼樣的原理,更要知道同樣的規律在不同條件下發生的時候,會表現為表觀差異非常大的現象。比如要想在地球上實現可控核聚變,讓它平穩高效地發電造福人類,就不能用氫彈這種毀滅一切地模式,也沒法用太陽這種無視一切的模式(地球質量太小,我們沒法“種太陽”)。物理學家們發明了電磁約束和激光約束模式,產生高溫高壓條件,又讓處於這樣極端條件下的核聚變材料能夠平穩反應,用來發電。


松鼠老孫


太陽就像是一個巨大的氫彈,每時每刻它上面都在進行著劇烈的核聚變反應,產生巨大的光和熱,為地球的生命活動提供源源不斷的能量供應。自太陽誕生至今,已經過去了50億年了,但是太陽的質量損失不過萬分之一罷了,太陽能量耗盡,還需要50億年的時間。

首先了解一下什麼是核聚變反應:要想發生核聚變反應,就要讓原子核之間的距離足夠近,而原子核與原子核之間由於帶相同電荷的原因而彼此相互排斥,這就要求原子核需要具有足夠的動能,對於某一溫度的物質,其組成粒子有一定的速率分佈,動能較大和較小的粒子所佔的比例都非常小,

別看太陽的溫度有1000萬度以上,但也只有很小一部分比例的粒子有足夠的速度產生核聚變,所以太陽不是瞬間進行核聚變,而是持續進行。

另外,質量越大的恆星其中心溫度越高,達到核聚變要求的粒子比例也就越高,所以說質量越大的恆星燃燒得更快,壽命也就更短了。而溫度越高也導致物質的原子間距變大,使熱核反應的激烈程度下降,這樣也是形成了一種負反饋,造成了熱核反應趨於一種穩定的狀態,使太陽得以長久生存下去。此外,我曾經在一本書上看到過太陽產生核聚變反應的地方僅僅是在距離太陽表面70萬公里的深處,熱核聚變反應雖然時時刻刻都可以發生,但是其產生的能量卻沒有那麼輕易地就可以出來,從其產生到跑到太陽的表面,需要幾百萬年的時間,所以可以說此刻太陽所發出的光,其實早在幾百萬面前的熱核聚變反應中就產生了。所以,太陽的能量就是這麼慢慢地被釋放出來的,一時半會它還不會把能量全部吐出來。


太陽每秒鐘會消耗600萬噸的氫,但是因為它的氫儲量是天文數字,所以還有約50億年的壽命,等氫消耗得差不多了,再進行更重元素的合成,那麼太陽就離死不遠了。


鏡像宇宙


答:因為太陽的引力實在太大了;在太陽內部發生的核聚變反應,比氫彈爆炸強烈數億倍,但是爆炸拋出的大部分物質最終都會落回太陽表面,使得太陽整體並不會四分五裂。


太陽和氫彈的核反應都是聚變,太陽每秒釋放能量約3.8*10^26焦耳,相當於4.5萬億顆廣島原子彈釋放的能量總和;太陽的引力非常大,表面逃逸速度高達617.7km/s。



也就是說:太陽表面的高能粒子(非光子),要想徹底逃離太陽的引力作用,其速度至少要達到617.7km/s(不考慮磁場的加速效果)才行。


那麼,就算太陽內部時刻都在發生強烈的核反應,爆炸激起的物質很大一部分還會落回太陽表面,比如太陽的日珥活動:



由太陽表面噴出的日珥物質,噴出高度可達100萬多公里,但是在太陽強大的引力作用下,絕大部分物質還會落回太陽表面。


所以太陽因爆炸噴出物質的減少量,對自身重量的影響並不大,太陽的質量損失主要源於質能轉化。

因為質能轉化的大部分能量,都轉化成了光子,光子雖然受引力的影響,但是並不會減速;因為光子在真空中的傳播速度是一定的,引力的影響只會體現在光子的波長上。



氫彈和太陽的這種差異,就有點類似於:一滴水落在600℃的鐵塊上,水滴瞬間會蒸發掉;但是一盆水放在600℃的火焰上燒,盆裡的水只會慢慢沸騰蒸發。


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艾伯史密斯


太陽的核聚變可控是因為太陽的壓強是由溫度提供的(主要是氣壓),而太陽核聚變的速率受溫度和密度的影響,溫度越高,密度越高核聚變速率越快。當太陽核聚變速率過快時,內核溫度升高,壓力超過引力而膨脹,導致核聚變減緩。同理,太陽核聚變速率過低時,壓力不足發生引力坍縮,導致溫度和密度提高,核聚變加快。這樣就形成一個負反饋調節。

白矮星是簡併態天體,內部的壓強幾乎完全是由電子簡併壓提供的,溫度只佔很小的一部分。當白矮星不斷吸積物質,質量增大到接近錢德拉塞卡極限時,電子簡併壓無法支撐恆星的質量,從而發生引力坍縮。由於白矮星的成分是碳氧,引力坍縮導致它們聚變成鐵。然而,白矮星的壓強主要來自簡併壓,所以核聚變的溫度上升並不會引起白矮星膨脹。於是核聚變的速率越來越快,最後整個白矮星在一瞬間被點燃,釋放的能量將白矮星徹底炸碎,形成Ia型超新星(即不可控核聚變星)。

質量大於150個太陽質量的超大恆星,其內部溫度極高,因此支撐恆星主要是靠輻射壓。當恆星耗盡核心的氫,聚變更重的元素時,恆星內部的溫度越來越高。當溫度高到一定程度時,光子的能量足以產生正負電子對,導致輻射壓損失,平衡被打破。於是恆星發生急劇的收縮,在短短的幾秒內把40倍太陽質量的核心聚變成鐵,恆星被徹底炸碎,不留下任何緻密星。這就是不穩定對超新星。

平衡的穩定性也和核聚變隨溫度的變化率有關。太陽內部的核聚變是比較簡單的pp鏈反應(p為質子,PP為質子鏈),更大質量的恆星是複雜的CNO循環(碳、氮、氧鏈循環)。pp鏈反應速率和溫度四次方成正比,CNO循環和溫度17次方成正比,所以它們隨溫度的變化不劇烈。然而,氦聚變的速率和溫度的40次方成正比,這使得一點微小的擾動就足以讓恆星偏離平衡,而且恢復平衡也更為困難。所以晚年恆星的核聚變不穩定,常常發生週期性爆發。


沈大哥


之前好像回答過一個類似的問題🙄

原因很簡單——平衡。就是核聚變產生的熱膨脹剛好與引力產生的引力坍縮取得平衡了。

我們先得搞清楚太陽為什麼會發生核聚變,他是由於引力坍縮過程中產生的高溫高壓導致氫原子核發生聚變反應,聚變產生的熱膨脹又減緩了引力坍縮,並導致溫度下降核聚變反應停止,又重新引起引力坍縮,溫度又再次升高,又重新點燃氫核聚變,如此往復就達到一個平衡狀態,氫核聚變持續的發生,並剛好抵消了引力坍縮。

雖然在主序星階段太陽的核聚變是穩步進行,但是後期太陽可能會發生一次短暫的失控核聚變,該過程稱為氦閃。

氦閃發生在太陽進入氦簡併態階段,由於像太陽這樣的較低質量恆星發展到後期並不能達到點燃氦聚變的溫度,所以會進入氦簡併態,體積收縮密度增加,隨著擠壓核心密度和溫度會持續升高,當核心溫度達到1億k,核心處的氦聚變把點燃,溫度急劇上升,但是由於此時太陽已經處於簡併態,溫度上升並不能使簡併態物質體積膨脹,沒有膨脹來降低溫度和抵禦引力,太陽溫度繼續急劇上升,導致核心以外的氦核聚變同時被點燃,太陽會在極短時間內,把大量的氦聚變成碳。由於過程太劇烈,這過程相當於一次超新星爆發,現在認為I型超新星就是氦閃產生的。


星宇飄零2099


當一個物體變得像太陽這麼大的時候,它的每個原子的引力都向中心塌縮並輸送壓力和熱量。而由於太陽的質量巨大,因此它的引力就可以積累到極高的溫度,溫度越高,原子核運動速度越快,當達到1000萬度時,原子核的電磁力將無法阻擋高速奔跑的原子核相互碰撞的力量。於是原子核的強力終於在瞬間的結合並讓物質釋放出巨大能量,這就是核聚變。

太陽自存在以來,只損失了萬分之一的物質。能量在它的大約70萬公里的深處的核心產生,要經過1000萬年才能上升到表面,光在太陽的肚子裡走得比蝸牛還慢,正因為這樣,這個能量的“億萬富翁”才能從容地使用自己的存款,坐吃而不山空。

核聚變不是裂變的鏈式反應,而是當條件符合了之後的自發反應反應放出大量的熱量,讓太陽有向外擴張的趨勢,而引力有讓太陽收縮的趨勢,二者正常情況下達到均衡,即為太陽目前的主序星狀態

太陽跟木星都是太陽系中的氣態星體,本身都由宇宙中的原子序數較小的氫氦等氣體組成,太陽雖由氣體原子組成,但由於自身質量較大的關係,各部分之間的萬有引力作用巨大,使內部溫度和壓力能夠達到,較輕的原子核之間相互結合,產生較重的原子核的核聚變反應,並將其中一部分的質量轉化為能量即內部組成元素粒子的動能用以對抗不斷向內的引力塌縮,維持現有平衡,就像內燃機能夠束縛化石燃料放出的能量而不至於爆缸一樣,太陽內部的壓力可以束縛核聚變反應的能量,太陽的壽命已經走過生命歷程的一半即五十億年的過程,但仍有相同時間的壽命,太陽會長期穩定在現有狀態,直至其內部輕核燃料的核反應燃燒殆盡,又由於其自身質量不足以推動更重核的核反應而無法對抗自身引力而終結

章魚博士


太陽的核聚變比氫彈狂暴得多,每秒損失420萬多噸質量,劇烈的“爆炸”不斷地將太陽物質向外,但因為爆炸推力和太陽的引力平衡,使太陽維持球形外觀。

太陽的質量足夠大,但太陽外層物質密度也很低,比液態水的密度還低,而核心處密度則非常高,強大的壓力使得元素核之間的距離縮短,聚變為更重元素,又因為太陽質量很大,主要構成物為氫氦,核聚變材料足夠多。同時太陽體積龐大,氫等物質並不會全部聚集在核心,核聚變也只是少部分氫元素核的碰撞偶然發生,太陽上的氫也就不會瞬間全部聚變完。

因為太陽系的廣闊,地球從太陽接收到的能量只佔太陽核聚變產生的能量很小一部分,就那麼點能量使得地球表面保持適宜的溫度;被太陽噴射出的射線、高能粒子束因為地球磁場的作用,也只有一部分到達地面,但卻影響著地球生物的進化,如果射線太嚴重,反而從基因層面滅殺各種生物。

因為距離太陽遠,一般情況下我們看到的太陽比較溫和,但用天文望遠鏡觀測會發現,太陽表面日冕狂暴地吐著能量,黑子中存在著強大的磁場,耀斑爆發時瞬間能釋放比正常狀態下更多的能量,無論哪一種移到地球上都可能比人類製造的最強大核武器還暴躁。


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