03.02 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?

用户60229042430


氢弹:我要是有太阳那么大,你就不会这么说了。

核武器,无论是原子弹,氢弹还是其他变种的核武器,都存在一个致命的问题,那就是它的装药总爆炸当量远大于它的实际爆炸当量。这是因为爆炸产生的巨大能量把更多来不及参与核反应的装药材料给吹散了。而当核装药的密度或者质量低于裂/聚变的临界值的时候,核反应就不在继续了。

比如,把两块稍低于临界值的丰度高于95%的核装药级的U235凑到一块时,它会因为总质量超过了临界值而立刻发生核裂变。但两块U235接触的地方会因为核裂变产生的高能而瞬间分开。而分开后的两块U235就又都因小于其裂变的临界值了而不会继续进行裂变反应了,它们又成了两块由放射性元素组成的金属块了。当年,美国在广岛扔下的原子弹的装药是U235,其装有60公斤U235,但实际参与了裂变的只有1.5公斤左右。其余的U235都没来得及裂变就被吹散了。这些被吹散的U235就是如今广岛核爆中心依旧不能住人的主要原因。

氢弹的情况也是大致如此。相比原子弹,氢弹的技术难度更高,这是因为氢发生核聚变的条件远比原子弹苛刻。氢弹装药没有临界值,不会自行发生核聚变,聚变材料需要在数百万℃的高温下才会发生核聚变反应。因此,氢弹通常是要通过一个内置的小型原子弹来引爆的聚变材料。只是原子弹产生的高温虽然可以引爆聚变材料,但原子弹爆炸和率先发生核聚变的部分核装药聚变时所产生的超高压则会瞬间吹散剩余的聚变材料。如何寻找它们之间的平衡点,赶在聚变材料被吹散之前能有尽可能多的聚变材料参与核反应,考验着各国最顶级的核物理科学家。

换句话说,制约氢弹爆炸当量的,其实就是它本身。

而太阳的情况则完全不同了。因为太阳的质量和体积都足够大,其内部发生核聚变时,所产生的巨大能量同样会吹散其他参与聚变的聚变材料。但由于其超大质量产生的超大引力,被吹散的聚变材料又会被重新拉了回去继续参与核聚变。只有那些超高速的高能粒子才能冲破引力,从太阳内部逃逸出来。

不过,由于太阳的体积和质量有些过大,从而导致了其除了核心区域外的氢元素难以进入核心区参与核聚变。这种情况,随着恒星的质量增大而愈加严重。也就是说恒星越大,其内部对流越不顺畅。而更大的质量又导致其核心区更剧烈的核反应。这就是质量越大的恒星,寿命越短的原因。

相比之下,比太阳小得多的另一种矮恒星---红矮星就完全不同了。因为其质量要比太阳小得多,因此,其核心区的聚变反应要平稳的多,外部对流层和平流层异常活跃,外层的聚变材料可以进入核心区参与核聚变。因此数百亿年的主序期已经不再是红矮星追求的目标了,数千亿年才是。

还有一种比红矮星质量更小的另类恒星,那就是被称作“失败的恒星”的褐矮星。它们的情况就跟两块处于亚临界的U235碰一块的情况一样。因为它们的质量不足以使其核心区发生持续的核聚变。因此,其核心区一旦有了聚变反应,就把其他聚变材料给“吹散”了。要等到它们重新聚集在核心区以后,才会继续核聚变,然后又被“吹散”。。。。。。一直这样无限循环下去。

虽然是太阳和氢弹的原理一样,但质量是相差太多太多了。


陌上云白


太阳之所以不会炸掉,是因为有万有引力。

我们比较熟悉的氢弹,与太阳一样,都是使用核聚变产生能量。而一个重要的差别,就是氢弹会炸掉,而太阳不会。更重要的是,太阳每秒钟产生的能量,都远远超过一个氢弹爆炸的能量。

问题来了,为什么太阳不会炸掉呢?

原因在于太阳除了有向外的能量,还有向里面拉的力量。这个力量就是引力,热核反应产生高温,这个高温确实会使得物质有向外运动的趋势。但由于太阳巨大的质量,这些物质向外的速度会被引力势能所削弱。

举个例子,你向天上扔一个石头,它最终会落下来。这是因为有引力。

太阳热核反应产生的高压,之所以不会产生爆炸,也是因为有引力。

氢弹则不一样——它只有向外的力,而没有相反的力,这就会爆炸,它不会有一个平衡点。

同样的道理,如果太阳燃烧殆尽,先可能会膨胀,然后由于没有了向外的力,就会被引力拉向中心,就是所谓的「坍缩」,成为白矮星。

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章彦博


首先氢弹并没有炸完,大多数原料还来不及参与核聚变反应,反应就结束了。

让我们用可控核聚变来进行解释。可控核聚变的难度,并不在于无法发生核聚变,而在于如何延长核聚变的反应时间。


当从外界输入巨大的能量,通常以激光、X射线等方式,让处于中心的氢弹丸瞬间处于高温高压的状态,高温让氢原子的速度上升,同时这些氢受到的是一个强大的指向中心的压力。于是这些氢原子向中心疾驰,只要这个中心足够的小,那么这些氢原子中就总有一些要迎头相撞,注意仅仅是一些氢原子迎头相撞,不是所有的。

只要相撞的力度足够大,氢原子彼此就会融合在一起,转变成氦,在这个过程中损失的质量转变为能量,释放出来,这就是核聚变。这一过程主要发生在内核区。当能量被释放出来,内核的氢原子就会受到一个向外推的力,如果没有外力来和核聚变产生的外推力相平衡,那么剩下的氢原子的飞行轨迹就变成了从内往外飞,它们将无法继续相撞,于是聚变反应就会停止。


而可控核聚变的关键就在于,如何持续提供的一个足够强大的外力,维持住核聚变的持续发生,或者至少要发生到让输出的能量大于输入的能量,否则就成了亏能反应,而不是放能反应了。人类在发展可控核聚变技术时,发展了激光约束和磁约束等方法,试图持续的约束反应原料,不四处乱飞,而只在一个极小的范围内飞,这样才有足够多的机会彼此相撞。目前,约束时间的长短,是人类研发成功可控核聚变的关键,中国科学家已经能持续约束60秒,这是一个了不起的成绩。


其次氢弹的一瞬间的复杂度,如果没有了解,也会把这事想得过于简单化。

氢弹利用原子弹爆炸释放外力,将大量氢原子向内推挤,虽然核聚变依然只能发生短短的一瞬,但由于使用的氢原子足够多,那么在一瞬间之内有机会迎头相撞的氢原子也足够多,于是核聚变产生出来的能量也就会足够多。当然,如何让原子弹爆炸时的能量,能被利用起来,在从前也是最高军事机密。

图示:世界上当量最大的沙皇核弹爆炸过程示意图。沙皇核弹爆炸当量5000万吨TNT,设计当量一亿万吨TNT,但由于担心当量太大引发不可控的问题,在实际引爆的那颗沙皇炸弹,将当量缩减了一半。


首先用TNT提供的压力,让铀235彼此撞击,于是铀235发生链式反应,链式反应持续的时间越长,铀235释放出的能量越多,这涉及到原子弹如何设计的秘密。


利用铀235裂变释放出的大量能量,引发核聚变反应。氢弹虽然被称为氢弹,但实际上它不用氢,而是使用氢的同位素,氘和氚,因为氘和氚更不稳定,更容易发生核聚变。


最后,为了进一步提高核弹释放的能量,还装填了大量铀238,铀238很稳定,但在核聚变释放出的非常多超高速中子的撞击之下,铀238发生裂变释放能量。


所以,氢弹爆炸的一瞬间,可远没有想象中那么简单呢。

但不管怎样设计氢弹,由于缺乏外界约束,所有反应事实上都只能持续存在一瞬间,然后大多数原料就被炸飞了,并没有真的反应完全。


太阳上的核聚变

太阳能点燃核聚变,是因为它巨大的引力,让氢原子向内核压缩,这种压缩产生了足够的高温和高压。高温提高了原子的速度,高压提高了原子在空间中的密度。于是原子彼此间的剧烈撞击随之发生,当撞击力度超过临界值,于是核聚变发生了。


但必须指出,所有撞击都是概率事件,实际上对于单个原子来说,发生撞击的可能性都十分低,每时每刻只有极少数氢原子有机会相撞,产生核聚变反应。不过由于聚变释放出的能量非常巨大,因此哪怕只是很少一点点原子发生的核聚变反应,也已经让太阳发光发热成为一颗恒星,或者被称为太阳了。


伴随着核聚变的发生,太阳的体积会随之向外膨胀,伴随着体积的膨胀,高压状态会随之下降,原子在空间中的密度也随之降低,核聚变反应速度随之下降,释放的能量变少,于是太阳在引力的作用下又会回缩,太阳的回缩引发核聚变反应加速,在经过许多次的振荡后,太阳得到一个相对稳定的状态,此时引力产生的内压与核聚变反应产生的外推力达到平衡。这个平衡也就让太阳上的核聚变能源源不断发生,而不会熄火。




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裸猿的故事


太阳持续燃烧“核聚反应”…都是假设的。如果不明白太阳生成的原理,一切皆空谈。

简单点讲,太阳持续燃烧的原理是归于平衡。凡五星七曜,九天八地,任何一个星出现了问题都会影响太阳持续燃烧,这是必然的。

太阳内部结构,核心层分为五层,上下两层对称,螺旋结构,交叉点是最核心层。由于受天体方向牵引,核心层结构与太阳赤道呈十字架,是包状。核心层的初始温度不算很高。包外有两层色泽深浅不一,质地比较坚硬。核心包的十字架呈螺旋穿透包外两层物质,于是产生热量。两层之外,是一个非常深厚呈气态又非气态的物质,层层包裹,一共有七层。内层热反应是五进制,外层热反应是四进制。太阳的结构大致是这样。

太阳持续燃烧,主要能量是来自外界,是不平衡获得平衡造成。这个问题比较复杂。首先,在北极星这个位置为起点,拉条虚线贯穿上下,古人叫做九重天。九重天是有物质存在的,它把整个太阳系包裹起来。木星的暗物质弥布九重天内,这现象古人叫做八重地,八重地是暗物质,来自岁星(木星)尽是螺旋风气,鼓满九重天,居九重天之内,太阳之外。如果走出太阳系,就会发现太阳系是一个大泡泡。泡泡边缘上千上万尽是碎片,往内是小行星、扫帚星(慧星),非常多。再往内就是天冥天王海王…都是八重地风气的产物。严格讲,天与海是算是星,冥内核结构尚未完善。

八重地的暗物质是太阳持续燃烧的主要能量。启动太阳内核制热机制是感应火星,而太阳燃烧是木星类的暗物质。太阳强劲的压力产生聚合力,暗物质被引燃,光是这样来的。观慧星靠近太阳时尾巴越来越长就知道了。八重地全是暗物质,岂不是造成类似粉尘爆炸?复杂就复杂在这里。太阳能够持续燃烧,单靠暗物质还远远不够。在天顶(北极星),古人讲的三垣的紫微垣,有一个大气旋,也就是九九归一(九重天)那个位置,对应八重地也有一个气旋在地球北极上一点这个位置。两个气旋转向相反,贯彻九重天,统一太阳系,又带来无限暗物质,确保泡泡不会大爆炸。而气旋还有一个功能,主要影响金星,启动九重天大泡泡收缩运动,八重地的暗物质结合土星就源源不断保护泡泡,风靡太阳系了,确保光明了。

太阳燃烧就是旋转造成,造成旋转就是不平衡而平衡。


庚不离甲


简单讲,太阳就是一个我们经常所说的“可控核聚变”的标准存在形式,因为太阳的核聚变是可控的,所以它才没有像氢弹一样炸开,这也是科学家一直在研究探索的方向,努力实现可控核聚变!

太阳是如何控制核聚变的呢?

很简单,巨大质量产生的强大万有引力,这种力量向内,与向外的核聚变力量形成了完美的平衡,所以太阳既不会因为核聚变炸开,也不会因为强大的万有引力向内塌陷!

如今科学家们研究的可控核聚变道理是一样的,必须控制核聚变的强大能量,目前可以想到的方式就是利用强大的磁场进行控制,我国实现了一亿度高温的人造太阳实际上就是可控核聚变的范畴!

不过太阳并不是一直保持平衡。随着燃料的燃烧殆尽,核聚变逐渐停止,万有引力占据绝对上风,太阳开始向内塌陷,内核温度压力急剧上升,这时的太阳会膨胀为红巨星,然后成为白矮星!

不过那是几十亿年之后的事情,距离我们还非常遥远,所以我们完全没有必要担心太阳走向死亡,那时人类恐怕早就飞出太阳系了,寻找新的家园!


宇宙探索


太阳的氢元素要聚变100亿年,现在已聚变了50亿年,预计太阳还有50亿年的氢氦聚变。



现在太阳的质量约有2×10³⁰kg,约3/4的氢,那么太阳氢的质量约为1.5×10³⁰kg,也就是15万亿亿亿kg。

这些氢元素还能让太阳进行氢核聚变约50亿年之久。

太阳内部的温度高达1500℃,有3000亿个气压,每时每刻都在E=mc²的作用下进行两个氢原子或四个氢原子聚变为一个氦原子的反应,每秒约有6亿吨氢转化为5.858亿吨氦,其中消失的420亿吨物质就转换为能量散发到了太空。地球就只接收到1/22亿的能量(相当4000万吨TNT)便演化出了万紫千红的世界。

也正是太阳内部的高温高压才让它能源源不断的进行氢核聚变反应,并使它们在高压和巨大的引力下不被巨大的核聚变冲击力冲得满太空都是,也就是爆炸。简单的说就是太阳凭着巨大的高压及引力将所有的氢等物质牢牢地困在内部直到所有的氢元素都聚变完。不过要50亿年后了。

这就是太阳为什那么氢弹为什么会在一瞬间就爆炸了,相信大家心中也有点轮廓了。

是的,氢弹就是有再大的力量、再多的氢(而事实上人类做不出那么多氢)在爆炸后就都炸到了四面八方,实际上还有大量氢元素并没有聚变完就被炸飞了。

而这也就说明了人类能力是有限的。因此人类要突破这个局限,也要制造像太阳那样的能将氢完全聚变的可控核聚变——人造太阳。目前中国的可控核聚变已能维持1分钟,这已经是领先世界的水平了。


弄潮科学


其实太阳内部就是在爆炸,只是在连续的爆炸。

爆炸就是指在短时间内放出大量能量的过程,在太阳内部的核聚变本身就是核爆炸,题主好奇的一定是太阳为啥不会像普通炸药那样瞬间将能量释放,然后发生解体。太阳没能瞬间解体,主要有以下几方面:

与其质量之大,瞬间无法消耗完

固有的意识认为爆炸是几秒内完成的,我们提到的爆炸本质上大多数化学反应,化学反应就需要时间。


爆炸物越多,爆炸时间就会越长,所以爆破拆除楼房不可能瞬间完成。太阳每秒聚变发生质量亏损质量大约是400万吨,太阳的质量为1.989×10^23万吨,就按这样的连续爆炸法,大概需要100亿年。

核聚变需要高温,高压等极端的条件。

太阳只是在核心的,小范围内发生核爆炸,大部分的外围部分并不具备聚变的温度,因此一下子整体聚变完是不可能的。

太阳是一个气体星球,能量可通过辐射释放。

太阳是一个气体星球,爆炸产生向外的作用力向外,巨大的向心引力与中心区域核反应产生的力相平衡,无法解体,同时释放出的热量也通过辐射的形式源源不断传递出去。

综上,太阳不可能像氢弹一样瞬间爆炸完。


核先生科普


这首先应该说到大阳这个行星,当初成为恒星时的星云物质的积聚量说起才好理解!现代科学家通过现代卫星、天文望远镜对木星的观测了解,以知道木星的直经是142000公里,它的体积比咱们的地球大1316倍。它的质量比地球多318倍的气态行星,还知道木星的主要星体物质成份又是和太阳相同的,它为什么还不能成为恒星?我们通过一些科普书中知道,这是木星虽然很大了,可它离成为恒星内部核聚变所须的1千5百摄氏多万度的高温高压还远远不够。也可以说木星的物质总量还差的多。科普知识还让人们知道太阳的直经约140万公里。太阳内部的超高温高压是氢氦核聚变要得到的特定条件。氢氦核聚变有了这个超高温高压的特定条件,这也让太阳中心核爆产生的热能炸不烂这个大球体,太阳在绕银河中心远转和自转产生的强磁电又让太阳这个球体的星云气态物质不能逃离这个球体,这个球体的氢氦物质只能在运动中不断的落入太阳内部进行着不停的核聚变反应。太阳内部每天核聚变消耗的氢氦物质,也是科学家算出太阳还能存活的大至寿命!


辰悟1


太阳俗称,半导体核反应堆,核聚变理论上还是需要各项物质融合才会引起核聚变,了解核电站的应该能明白核聚变氢元素需要某种物质介入才会引起核聚变,虽然我解释不清楚那种物质,但是零星的明白一点点,如同豆腐脑的形成,沸水豆浆需要石膏粉冷水点浆比例精准调配才能成为豆腐脑,变成豆腐,核聚变也是这么如此,如果大量铁,铜,各类矿物质,如同大理石,同时融入太阳燃烧成流体,产生爆炸,虽然这些言论都是构思,但是也没法去尝试,说的透彻点太阳高高在上,到底什么介质形成的太阳,都是未知的对吧?这些就得依靠国家的力量了,科学界的难题需要科学家在地球实验室才能得到答案,我们这样试想地球上的,导体,各种化学原料,矿物质,都是太阳高温煅烧分离排泄的流体,遇冷凝固形成的地球,然后才有了适合人类,可以栖息的地球,总归一句话概括了,在地球做太阳核聚变爆炸的实验是不成立的,只能设想,即使勉强突破这种核聚变爆炸实验,也不能到达太阳五尺远,地球上目前还没有出现各类介质可以抵御太阳的温度,还没到达太阳就变成流体气化,溶解分飞在太阳系中了。


科创Vlog007


爆炸是指在极短时间内,瞬间释放出大量能量并产生高温,在周围介质中产生高压的巨烈反应。核反应与化学反应是不同的,核爆炸与化学爆炸也是不同的。要想发生核聚变反应,必须要高温高压条件才行,太阳中心部位就有1500万℃。

氢弹的核聚变反应并不是自发的,氢弹爆炸必须要利用原子弹进行引爆。原子弹爆炸时产生的高温高压,才能使氢弹中的核材料发生核聚变反应,并且这个过程是不可控的。如果核聚变反应可以缓慢而稳定的发生,那么就不是爆炸了,可以像受控核裂变反应一样成为新能源。只是目前人类还没有办法实现稳定可控的核聚变反应。现在的核聚变反应堆都是靠激光进行点火的,使用的则是电磁约束。



太阳可以持续而稳定的发光发热,是因为太阳只有核心处才有条件发生核聚变反应,而维持核聚变反应时所需的高温高压则是由太阳的巨大引力所提供的。太阳内部核聚变反应产生的辐射压与太阳的引力保持着平衡,太阳也不会因此被撕裂,这样太阳中心的核聚变反应才可以稳定而持续的进行下去。太阳中心的核聚变反应在引力约束下,发生得非常缓慢,因此根本不能称之为爆炸。

太阳目前的年龄大约46亿年,未来还将持续而稳定的燃烧50亿年之久。每秒钟有大约400万吨的氢在太阳的核心聚变为氦,以这个速率,到目前为止,太阳通过聚变反应大约转化了100个地球质量的氢成为能量,但这仅占太阳总质量的约万分之一。50亿年之后,太阳核心的氢燃烧殆尽,太阳将演变为红巨星,最终成为一颗白矮星,这中间的过程非常复杂,有兴趣的可以去了解一下。



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