太陽核心溫度只有1500萬度,遠達不到1億度的溫度環境,為什麼還能發生核聚變?

地理那些事


氫彈的核聚變反應

氫彈其實已經是我們耳熟能詳的大規模殺傷性武器了。而氫彈的原理說白了就是核聚變反應。那什麼是核核聚變呢?

簡單來說是這樣的,科學家發現,宇宙中存在著不同的元素原子,它們的區別在於原子核內的質子數不同。

在這些原子中,鐵原子核是最穩定的,鐵之前的元素原子核都有聚合的趨勢,鐵之後的的元素原子都有裂變的趨勢。所謂“趨勢”,就是說整個反應的過程是釋放能量的,而不是吸收能量。

而原子彈利用的是比鐵元素原子序數大的元素可以裂變產生能量的原理。比如,比較常見的就是鈾235。

不過這裡補充一點,原子核除了核裂變之外,還有鏈式反應,那什麼是鏈式反應?

其實就是不斷核裂變地過程。

而原子序數比鐵元素小的元素原子核可以發生聚變,氫彈利用的就是氫核聚變,氫的同位素氘和氚聚合成一個氦4,並釋放出一箇中子以及能量。

不過,核聚變對反應的條件要求特別高,氫核聚變反應已經是要求最低的了,但也需要1億度。所以,我們用常規手段是沒有辦法直接引爆氫彈的。一般來說,引爆氫彈之前,都會先引爆一顆原子彈,這樣才能達到引爆氫彈的反應條件。

弱相互作用

我們要知道的是,太陽的內核燃燒是沒有原子彈來引爆的,同時也沒有達到1億度。那太陽的內核為什麼還會燃燒呢?

我們首先要知道的是太陽的質量特別大,整個太陽系99.86%的質量是太陽的質量,而太陽的是由於分子云在引力坍縮下逐漸形成的,內核由於引力的擠壓,導致溫度急劇升高,達到了1500萬度以及200多萬個大氣壓。但是,這並不能夠引發核聚變反應。

但實際上,此時的太陽的核心是處於一個奇怪的狀態,並不是常規的三態。(氣態、液態、固態,)而是一種叫做等離子態。

在等離子態的狀態下,原子結構是不存在的,整個就是一個粒子粥,電子,原子核到處亂竄。

而要發生核反應的其實是氫原子核,它們帶正電,所謂同種電荷互相排斥,因此由於庫侖力的存在,兩個氫原子核(實際上就是質子)相遇都很難,更不要說核聚變反應了。

如果在宏觀世界裡,這樣的反應是不可能發生的。但是在微觀世界裡不同,微觀世界裡有一種量子效應,現在被我們叫做量子隧穿效應

也就是說,即使有勢能的壁壘(需要消耗大量能量才能做成的事情),在微觀世界中也有一定的概率能發生。

具體來說是這樣的,在自然界中存在著4種作用力,分別是強相互作用,電磁相互作用、引力以及弱相互作用。而其中弱相互作用要比強相互作用和電磁相互作用弱一些。

基於量子隧穿效應,弱力可以使得質子和質子發生核聚變反應。但是由於弱力很弱以及量子隧穿效應其實發生的概率也很低,因此太陽的核聚變反應其實是很溫和地進行,而不是像氫彈那樣一下子全炸了。而且太陽內核主要進行的氫核聚變反應也要比氫彈的原理稍微複雜一些,是4個質子發生核聚變反應生成一個氦4。

這個過程也被我們稱為質子-質子反應鏈。除了這個反應鏈,恆星內部還存在著碳氮氧循環反應鏈,只不過這種形式在太陽中的佔比很低,不過結果類似,也是四個氫原子核聚變反應生成氦-4。

也就是說,核聚變反應溫度不夠的問題其實是由於量子隧穿效應和弱相互作用的共同結果。


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恆星的溫度並不都是均勻的,內部和外部的溫度也不一樣,在太陽的核心引力吸引會產生巨大的壓力和溫度,於是太陽的核心溫度可達到1500萬℃,而太陽的表面溫度卻只有5500℃。



核聚變反應的原理

核聚變是原子核之間進行的反應,是指將兩個較輕的核結合,形成一個較重的核和一個極輕的核或粒子的一種核反應形式。也就是輕原子核,主要指氘或氚在一定的條件下(高溫和高壓)發生原子核的相互作用,結合成質量更重的原子核,同時會釋放出巨大能量的一個過程。



以前我們都以為太陽一直在燃燒,後來我們又明白了太陽的燃燒方式和普通的化學燃燒有著本質上的區別,再後來我們才知道太陽之所以能夠燃燒是因為它的內部在時刻發生著氫核聚變。

對於核聚變相信很多人都聽說過,核聚變是會產生巨大的能量,並且氫彈的爆炸也是核聚變原理,而發生核聚變的條件就是足夠的壓力和溫度,太陽核心溫度只有1500萬℃。

那太陽為什麼還能發生核聚變呢?

前面提到核聚變的條件是高溫高壓,而太陽核聚變的動力還有一部分是由於太陽巨大的質量所帶有的引力。眾所周知,太陽的質量非常大,太陽佔據了整個太陽系質量的99.86%,總質量高達1.9891×10³⁰kg,而且太陽內部4.75%以上都是由氫元素構成的。


質量如此大的太陽,引力也是非常大的,正是由於引力的作用,會讓太陽內部的物質受到巨大的壓力,在高壓下,核聚變的反應也變的劇烈起來,然後氫元素就會發生反應變成氦。


總結一下,核聚變的兩個條件高溫和高壓,在地球上,人類在製造出超高溫促進核聚變的同時,還會增加壓力使得反應進程。不過資料顯示,我國人造太陽的內部溫度已經達到了1億攝氏度!


史迪奇愛科學


因為核聚變不僅僅與溫度有關,和反應物所受到的壓力有關。

我們知道氫元素髮生核聚變需要的溫度大約為1億攝氏度,而氫的同位素:氘、氚所需要的溫度則相對較低一點。所以目前人類製造可控熱核反應的裝置時一般選用氫的同位素為燃料,這樣反應條件低一些,技術難度也更低。但太陽中心的氘氚早在太陽誕生初期就已經消耗殆盡了,現在正在參與反應的就是太陽中心的氫。而太陽中心的溫度只有1500萬攝氏度,遠遠低於1億攝氏度,就是因為太陽中心有著令人難以想象的巨大壓力。

在太陽中心,巨大壓力導致此處物質的密度達到了水的150倍!也就是說一立方厘米,大約一個指甲蓋大小的物質重量就能達到150克!這樣巨大的壓力導致原子間距縮小很多,實際上在這裡的都是一堆粒子,電子質子等等一鍋粥。在巨大的壓力下,相對而言較低的溫度就能使質子熱運動到能夠相互結合形成新的元素。

所以,只要壓力夠大,即使溫度不是很高也能發生核聚變。舉個極端的情況:中子星的組成幾乎都是中子,所有的中子都被緊緊擠壓到一起。這種情況下即便溫度很低,有巨大重力的束縛它們也不會分解。

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張家小智兒


關於太陽內部核聚變的介紹,我們在很多時候都基本是圍繞著“太陽內部溫度極高、壓力極大”這兩點進行說明,實際上這並不充分,或者說應當提及的一個量子效應(量子隧道效應)在很多時候都沒有說明,不過小編在很久之前專門寫過一篇文章進行介紹過,下面咱們就簡單說說。

歷史上,科學家們對於太陽如何發光這個問題提出過很多假設,其中最為我們所熟知的就是:太陽是一個大煤球,在不斷燃燒(這個觀點在今天看來是非常可笑的),還有一些其它觀點就不再贅述了。

關於太陽為何發光,我們現在的理論是認為太陽內部發生了核聚變反應,而這個觀點最早是由愛丁頓提出的,不過限於當時所處的年代,人們對於微觀層面的相互作用理論並不完善,核聚變的這個理論並不成熟。

但隨著量子力學的深入研究以及人類在1932年第一次發現了中子,核聚變觀點有了被解釋的切實基礎,而這個努力主要由物理學家漢斯·貝特完成。他提出了著名的質子—質子鏈反應,氫核聚變為氦核,釋放出巨大能量,並且由於量子隧道效應的存在,使得質子可以在不太高的溫度下,越過勢壘,與其它質子靠近,或者進行一些其它過程。

因為太陽內部反應區的溫度就不需要太高,大約在1500萬攝氏度即可(雖然這個溫度對於地球上的我們來講依舊是一個天文數值)。

對於這個觀點,我們可以看到上圖(質子—質子鏈反應),其中除了最主要的聚變外,在這個過程中還會釋放出中微子,而為了在實際情況下檢驗太陽核聚變理論是否正確,就可以看看是否能在試驗中檢測到太陽中微子的存在。

而這項試驗科學家們花了大半個世紀才完成,直到20世紀末21世紀初才確認了太陽內部中微子的存在。

總的來說,太陽核聚變理論的提出以及完善過程,體現了科學家們對自然界堅持不懈、認真嚴謹的求真態度,實屬不易。

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賽先生科普


不是還有一個說法日美科學家通過美國的一個太陽觀測衛星證實太陽的溫度其實只有幾十度嗎?之所以我們能感受到高溫度,完全是因為太陽發出的等離子體在真空狀態下與地球或者其他物質摩擦生熱的。就像太陽風暴的產生像極了雷暴現象下的等離子爆炸引起的自然現象,因為如果太陽是氫碳反應自熱的,那作為穩定體它為何還要有周期性的不穩定性??同時,地球不算離太陽近的星體能感受到的溫度和離太陽近的星體溫度必然不同,意思是離太陽越近應該更熱,但是我們發現離太陽近的星體沒有發生特別熱的現象,熱的超乎想象的狀態,就假如太陽有一億度溫度,那離它最近的就算沒有一千萬度也應該有五百萬度,星球可以直接燃燒了,可惜沒有,就像他們離太陽近但是也只能感受到自身適應的溫度,這就可以說太陽本身溫度不高,只是它散發的等離子強,等離子與星球空間物質摩擦才產生了熱,有多少物質就可以產生多少熱,感受多少熱!


北風之神182


1、太陽核心溫度到底有沒有1500萬度?這只是猜想。物理常識是,天體內部溫度達到4000度左右,任何物質都會成為液態,如果太陽內部溫度達到4000度左右,那麼整個太陽就是一個液態球體了,很難想象一個擁有劇烈高溫的天體內核會發生什麼。如果太陽內核是固態,那麼就只有一種解釋,太陽核心溫度還沒有達到核心物質的熔點,即在4000度以下。2、太陽發光發熱的原理究竟是否核聚變產生?這也只是猜想。沒有任何證據顯示此論的可靠性。因為物理常識的邏輯就是,核聚變會瞬間摧毀整個天體,沒有任何理由產生慢慢的核聚變導致太陽發光發熱永存於幾百億年之久。


鬼才車武軍


眾所周知,一個星球內部比較重的元素的原子核位於星球的內核,比較輕的元素的原子核位於星球外部及表面。比如地球表面是比較輕的碳、氮、氫、氧等元素,地球內部是比較重的鐵、鈾、金、銀等元素。

太陽的內部也是如此,比較輕的元素(如氫、氦、氮、氧)等元素位於太陽的外部及表面,比較重的元素位於太陽內核。

太陽內核的聚變反應比較複雜,核聚變反應是在高溫或者高壓下進行的。儘管太陽中心的溫度只有1500萬度,但越接近太陽中心還存在著無窮大的壓力。

在太陽中心無窮大的壓力下,不僅氫核可以聚變成氦核,就是重核(鐵以後的原子核)也可以吸收能量而聚變成超重核。


mcz107436431


之所以我們能感受到高溫度,完全是因為太陽發出的等離子體在真空狀態下與地球或者其他物質摩擦生熱的。就像太陽風暴的產生像極了雷暴現象下的等離子爆炸引起的自然現象,因為如果太陽是氫碳反應自熱的,那作為穩定體它為何還要有周期性的不穩定性??同時,地球不算離太陽近的星體能感受到的溫度和離太陽近的星體溫度必然不同,意思是離太陽越近應該更熱,但是我們發現離太陽近的星體沒有發生特別熱的現象,熱的超乎想象的狀態,就假如太陽有一億度溫度,那離它最近的就算沒有一千萬度也應該有五百萬度,星球可以直接燃燒了,可惜沒有,就像他們離太陽近但是也只能感受到自身適應的溫度,這就可以說太陽本身溫度不高,只是它散發的等離子強,等離子與星球空間物質摩擦才產生了熱,有多少物質就可以產生多少熱,感受多少熱!


炊煙依舊印染琅山


之所以我們能感受到高溫度,完全是因為太陽發出的等離子體在真空狀態下與地球或者其他物質摩擦生熱的。就像太陽風暴的產生像極了雷暴現象下的等離子爆炸引起的自然現象,因為如果太陽是氫碳反應自熱的,那作為穩定體它為何還要有周期性的不穩定性??同時,地球不算離太陽近的星體能感受到的溫度和離太陽近的星體溫度必然不同,意思是離太陽越近應該更熱,但是我們發現離太陽近的星體沒有發生特別熱的現象,熱的超乎想象的狀態,就假如太陽有一億度溫度,那離它最近的就算沒有一千萬度也應該有五百萬度,星球可以直接燃燒了,可惜沒有,就像他們離太陽近但是也只能感受到自身適應的溫度,這就可以說太陽本身溫度不高,只是它散發的等離子強,等離子與星球空間物質摩擦才產生了熱,有多少物質就可以產生多少熱,感受多少熱!


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